Последовательное соединение стабилитронов для увеличения напряжения: Последовательное включение стабилитронов. Принцип работы и маркировка стабилитронов. Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Содержание

Последовательное включение стабилитронов. Принцип работы и маркировка стабилитронов. Вольт-амперная характеристика стабилитрона

При выпрямлении более высоких напряжений приходится соединять стабилитроны последовательно с тем, чтобы обратное напряжение на каждом стабилитроне не превышало предельного. Но вследствие разброса обратных сопротивлений у различных экземпляров стабилитронов одного и того же типа на отдельных диодах обратное напряжение может оказаться выше предельного, что повлечет пробой диодов.

Для того чтобы обратное напряжение распределялось равномерно между стабилитронами независимо от их обратных сопротивлений, применяют шунтирование стабилитронов резисторами (рисунок 3). Сопротивления R
ш резисторов должны быть одинаковы и значительно меньше наименьшего из обратных сопротивлений стабилитронов. Однако R
ш не должно быть слишком малым, чтобы чрезмерно не возрос ток при обратном напряжении, т. е. чтобы не ухудшилось выпрямление.

Параллельное соединение стабилитронов применяют в том случае, когда нужно получить прямой ток, больший предельного тока одного стабилитрона. Но если стабилитроны одного типа просто соединить параллельно, то вследствие неодинаковости вольт-амперных характеристик они окажутся различно нагруженными и в некоторых ток будет больше предельного. Различие в прямом токе у однотипных стабилитронов может составлять десятки процентов.(дорисовать палочку в диоде чтобы получился стабилитрон)

Однополупериодный выпрямитель

Когда на диод со вторичной обмотки трансформатора поступает напряжение положительной полярности («+» приложен к аноду диода), диод открывается, и через нагрузку протекает ток, определяемый напряжением на обмотке и сопротивлением нагрузки. Падение напряжения на кремниевом диоде (около 1 В) обычно мало по сравнению с питающим. Напряжение на выходе выпрямителя имеет вид однополярных импульсов, форма которых практически повторяет форму положительной полуволны переменного напряжения.

Среднее значение выпрямленного напряжения равно:

Среднее значение выпрямленного тока:

Действующее значение тока нагрузки:

Коэффициент пульсаций р (отношение амплитуды первой гармоники к выпрямленному напряжению):

Недостатки однополупериодного выпрямителя:

Большой коэффициент пульсаций;

Малые значения выпрямленного тока и напряжения;

Низкий КПД, т.к. ток нагрузки имеет постоянную составляющую, которая вызывает подмагничивание сердечника трансформатора и уменьшение его магнитной проницаемости.

Рабочий режим ПД

Режим диода с нагрузкой называется рабочим режимом. Если бы диод обладал линейным сопротивлением, то расчет тока в подобной схеме не представлял бы затруднений, так как общее сопротивление цепи равно сумме сопротивления диода постоянному току R o
и сопротивления нагрузочного резистора R н. Но диод обладает нелинейным сопротивлением, и значение R o
у него изменяется при изменении тока. Поэтому расчет тока делают графически. Задача состоит в следующем: известны значения Е, R
н и характеристика диода, требуется определить ток в цепи и напряжение на диоде.

Характеристику диода следует рассматривать как график некоторого уравнения, связывающего величины i
и и.
А для сопротивления R H
подобным

уравнением является закон Ома: i
= u R /R H
= (Е — u
)/R н. Итак, имеются два уравнения с двумя неизвестными i
и и,
причем одно из уравнений дано графически. Для решения такой системы уравнений надо построить график второго уравнения и найти координаты точки пересечения двух графиков.

ВАХПД.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ)
– это зависимость тока, протекающего через электронный прибор, от приложенного напряжения. Вольт-амперной характеристикой называют также и график этой зависимости.

Приборы, принцип действия которых подчиняется закону Ома, а ВАХ имеет вид прямой линии, проходящей через начало координат, называют линейными
. Приборы, для которых ВАХ не является прямой линий, проходящей через начало координат называются нелинейными
. Диод представляет собой пассивный нелинейный электронный прибор.

Вольт-амперная характеристика диода описывается выражением I
=I
0 , где I
0 – тепловой ток (обратный ток, образованный за счет неосновных носителей; U
Д – напряжение на p-n-
переходе; j T – тепловой потенциал, равный контактной разности потенциалов на границе на p-n-
перехода при отсутствии внешнего напряжения (при T
=300 K, j T =0.025 В).

При отрицательных значениях напряжения менее 0,1 В в выражении (1) пренебрегают единицей, и обратный ток диода определяется значением теплового тока. По мере возрастания положительного напряжения на p-n
-переходе прямой ток резко возрастает по экспоненте. Поэтому ВАХ, имеет вид, приведенный на рисунке 3

Рассмотренная характеристика является теоретической ВАХ
диода. Она не учитывает рекомбинационно-генерационных процессов, происходящий в объеме и на поверхности p-n
-перехода, считая его бесконечно тонким и длинным. ВАХ реального диода, имеет вид, приведенный на рисунке 3 (сплошная линия).

Характеристика для прямого тока вначале имеет значительную нелинейность, т. к. при увеличении напряжения сопротивление запирающего слоя уменьшается. Поэтому кривая идет вверх со все большой крутизной. Но при некотором значении напряжения запирающий слой практически исчезает и остается только сопротивление n-
и p-
областей, которое приближенно можно считать постоянным. Поэтому далее характеристика становиться почти линейной.Обратный ток при увеличении обратного напряжения сначала быстро возрастает. Это вызвано тем, что уже при небольшом обратном напряжении за счет повышения потенциального барьера в переходе резко снижается диффузионный ток, который направлен навстречу току проводимости. Следовательно, полный ток резко увеличивается. Однако при дальнейшем повышении обратного напряжения ток растет незначительно.

Переход метал-ПП.

В современных полупроводниковых приборах помимо контактов с электронно-дырочным переходом применяются также контакты между металлом и полупроводником. Процессы в таких переходах зависят от так называемой заботы выхода
электронов, т. е. от той энергии, которую должен затратить электрон, чтобы выйти из металла или полупроводника. Чем меньше работа выхода, тем больше электронов может выйти из данного тела.

Если в контакте металла с полупроводником п-типа (рис. 2.5, а) работа выхода электронов из металла А м
меньше, чем работа выхода из полупроводника А т
то будет преобладать выход электронов из металла в полупроводник. Поэтому в слое полупроводника около границы накапливаются основные носители (электроны), и этот слой становится обогащенным, т. е. в нем увеличивается концентрация электронов. Сопротивление этого слоя будет малым при любой полярности приложенного напряжения, и, следовательно, такой переход

не обладает выпрямляющими свойствами. Его называют невыпрямляющим (омическим) контактом.
Подобный же невыпрямляющий переход получается в контакте металла с полупроводником р-типа (рис. 2.5,6), если работа выхода электронов из полупроводника меньше, чем из металла (А п В этом случае из полупроводника в металл уходит больше электронов, чем в обратном направлении, и в приграничном слое полупроводника также образуется область, обогащенная основными носителями (дырками), имеющая малое сопротивление. Рис. 2.5, в. Если в контакте металла с полупроводником п-типа А п то электроны будут переходить главным образом из полупроводника в металл и в приграничном слое полупроводника образуется область, обедненная основными носителями и поэтому имеющая большое сопротивление. Здесь создается сравнительно высокий потенциальный барьер. Такой переход обладает выпрямляющими свойствами. Подобные переходы в свое время исследовал немецкий ученый В. Шотки, и поэтому потенциальный барьер, возникающий в данном случае, называют барьером Шотки,
а диоды с этим барьером — диодами Шоттки

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

остается практически
постоянным, поэтому и напряжение на
нагрузке постоянно U Н
= U ст
– const.
При этом уравнение для всей цепи имеет
вид: E
= U ст
+ R ст
(I ст
– I Н).

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

Если напряжение
Е изменяется в какую либо сторону, то
будет, и изменятся ток стабилитрона, но
напряжение на нем U CT ,
а, следовательно, и на нагрузке остается
практически неизменным.

Все изменения
напряжения поглощаются R CT ,
поэтому должно выполнится условие:

Второй режим
стабилизации: входное напряжение
постоянно, а R Н
изменяется в пределах от R Н min
до R Н max ,
в этом случае:

,
;
.

Так как R CT
постоянно, то падение напряжения на нем
равное Е−U CT
также постоянно, то и ток через R CT
I CP +I Н CP
должен быть постоянным. Это возможно,
когда ток стабилизации I CP
и I Н
изменяются в одинаковой степени, но в
противоположны стороны (т.е. сумма
постоянна).

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

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

U Н =U CT
─I Н R доб

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

U CT =U CT 1 +U CT 2

Для компенсации
температурного дрейфа U CT
последовательно со стабилитроном
возможно включение термозависимого
сопротивления R T ,
имеющее ТКR Т
обратный по закону ТКU CT .

Для стабилитронов
с ТКU CT >0
в качестве R T
можно использовать p-n-переход
дополнительного диода, включенного в
прямом направлении.

Для стабилизации
с термокомпенсацией выпускаются
специальные двух-анодные стабилитроны,
которые включаются в цепь произвольно,
причем один диод включен в обратном
направлении – обеспечивает режим
стабилизации, а другой в прямом – режим
термокомпенсации (рис. 22).

1.10.2. Стабисторы

ВАХ стабистора
мало отличается от ВАХ выпрямительных
диодов.

Однако для того
чтобы обеспечить наибольшую крутизну
прямой ветви ВАХ, стабисторы изготавливаются
из высоколегированных полупроводников.
Это обеспечивает малое r б
и малое
значение R диф.
Слабая зависимость U ПР
от I ПР
на

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

Простейший параллельный стабилизатор состоит из балластного резистора, включенного последовательно между источником питания и нагрузкой, и стабилитрона, шунтирующего нагрузку на общий провод («на землю»). Его можно рассматривать как делитель напряжения , в котором в качестве нижнего плеча используется стабилитрон. Разница между напряжением питания и напряжением пробоя стабилитрона падает на балластном резисторе, а протекающий через него ток питания разветвляется на ток нагрузки и ток стабилитрона. Стабилизаторы такого рода называются параметрическими: они стабилизируют напряжение за счёт нелинейности вольт-амперной характеристики стабилитрона, и не используют цепи обратной связи.

Расчёт параметрического стаилизатора на полупроводниковых стабилитронах аналогичен расчёту стабилизатора на газонаполненных приборах, с одним существенным отличием: газонаполненным стабилитронам свойственен гистерезис порогового напряжения. При емкостной нагрузке газонаполненный стабилитрон самовозбуждается, поэтому конструкции таких стабилизаторов как правило не содержат емкостных фильтров, а конструктору не нужно учитывать переходные процессы в этих фильтрах. В стабилизаторах на полупроводниковых стабилитронах гистерезис отсутствует, фильтрующие конденсаторы подключаются непосредственно к выводам стабилитрона и нагрузки — как результат, конструктор обязан учитывать броски тока заряда (разряда) этих емкостей при включении (выключении) питания. Наихудшими случаями, при которых вероятен выход из строя элементов стабилизатора или срыв стабилизации, являются:

Подача на вход стабилизатора максимально возможного напряжения питания при коротком замыкании выхода стабилизатора на общий провод — к примеру, на время зарядки разряженного конденсатора, подключенного непосредственно к выходу стабилизатора, или при катастрофическом отказе стабилитрона. Допустимая мощность рассеивания балластного резистора должна быть достаточной, чтобы выдержать подобное замыкание. В противном случае вероятно разрушение балластного резистора.
Подача на вход стабилизатора максимально возможного напряжения питания при отключении нагрузки от выхода стабилизатора. Допустимый ток стабилитрона должен превышать расчётный ток через балластный резистор, определяемый по закону Ома. В противном случае при разогреве кристалла стабилитрона свыше +175 °С стабилитрон разрушается. Соблюдение паспортной области безопасной работы так же важно для стабилитронов, как и для транзисторов .
Отбор нагрузкой максимально возможного тока при подаче на вход стабилизатора минимально возможного напряжения питания. Сопротивление балластного резистора должно быть достаточно мало, чтобы и в этих условиях ток через резистор превышал ток нагрузки на величину, равную минимально допустимому току стабилитрона. В противном случае ток стабилитрона прерывается, стабилизация прекращается.

На практике часто оказывается, что соблюсти все три условия нельзя как по соображениям себестоимости компонентов, так и из-за ограниченного диапазона рабочих токов стабилитрона. В первую очередь можно поступиться условием защиты от короткого замыкания, доверив её плавким предохранителям или тиристорным схемам защиты, или положиться на внутреннее сопротивление источника питания, которое не позволит ему выдать и максимальное напряжение, и максимальный ток одновременно.

Последовательное и параллельное включение

В документации на стабилитроны иностранного производства возможность их последовательного или параллельного включения обычно не рассматривается. В документации на советские стабилитроны встречаются две формулировки:

для приборов малой и средней мощности «допускается последовательное или параллельное соединение любого числа стабилитронов» [одной серии];
для приборов средней и большой мощности «допускается последовательное соединение любого числа стабилитронов [одной серии]. Параллельное соединение допускается при условии, что суммарная рассеиваемая мощность на всех параллельно включенных стабилитронах не превосходит максимально допустимой мощности для одного стабилитрона».

Последовательное соединение стабилитронов разных
серий возможно при условии, что рабочие токи последовательной цепочки укладываются в паспортные диапазоны токов стабилизации каждой
использованной серии. Шунтировать стабилитроны высокоомными выравнивающими резисторами так, как это делается в выпрямительных столбах, нет необходимости. «Любое число» последовательно соединённых стабилитронов возможно, но на практике ограничено техническими условиями на электробезопасность высоковольтных устройств. При соблюдении этих условий, при подборе стабилитронов по ТКН и их термостатировании возможно построение прецизионных высоковольтных эталонов напряжения. К примеру, в 1990-е годы лучшие в мире показатели стабильности имел стабилитронный эталон на 1 миллион В, построенный российской компанией «Мегавольт-Метрология» по заказу канадского энергетического института IREQ. Основная погрешность этой установки не превышала 20 ppm, а нестабильность по температуре — не более 2,5 ppm во всём рабочем диапазоне температур.

Составной стабилитрон

Если схема требует снимать со стабилитрона большие токи и мощности, чем это допустимо по техническим условиям, то между стабилитроном и нагрузкой включают буферный усилитель постоянного тока . В схеме «составного стабилитрона» коллекторный переход единственного транзистора, усиливающего ток, включен параллельно стабилитрону, а эмиттерный переход — последовательно со стабилитроном. Сопротивление, задающее смещение транзистора, выбирается таким образом, чтобы транзистор плавно окрывался при токе стабилитрона, примерно равном его номинальному току стабилизации. Например, при I ст.ном. =5 мА и U бэ.мин.
=500 мВ сопротивление R=500 мВ/5 мA=100 Ом, а напряжение на «составном стабилитроне» равно сумме U ст.ном. и U бэ.мин. . При больших токах тразистор открывается и шунтирует стабилитрон, а ток стабилитрона прирастает незначительно — на величину, равную току базы транзистора, поэтому в первом приближении дифференциальное сопротивление схемы уменьшается в раз (- коэффициент усиления транзистора по току). ТКН схемы равен алгебраической сумме ТКН стабилитрона при I ст.ном. и ТКН прямо смещённого диода (примерно -2 мВ/°C), а её область безопасной работы на практике ограничена ОБР применяемого транзистора.

Схема составного стабилитрона не предназначена для работы на «прямом токе», но легко преобразуется в двустороннюю («двуханодный стабилитрон») с помощью диодного моста .

Базовая схема последовательного стабилизатора

Простейшая схема последовательного стабилизатора также содержит только стабилитрон, транзистор и балластное сопротивление, но транзистор в ней включен по схеме с общим коллектором (эмиттерным повторителем). Температурный коэффициент такого стабилизатора равен алгебраической разнице
U ст.ном. стабилитрона и U бэ.мин. транзистора; для нейтрализации влияния U бэ.мин. в практических схемах последовательно со стабилитроном включают прямо включенный диод VD2. Минимальное падение напряжения на регулирующем транзисторе можно снизить, заменив балластный резистор на транзисторный источник тока.

Умножение напряжения стабилизации

Для стабилизации напряжения, превосходящего максимальное напряжение типовых малогабаритных стабилитронов, можно собрать составной «высоковольтный стабилитрон», например, набрать напряжение 200 В из последовательно соединённых стабилитронов на 90, 90 и 20 В. Но в тоже время напряжение шумов и нестабильность такой схемы могут оказаться неприемлемо высоки, а фильтрация шума высоковольтной цепочки потребует дорогих, массивных конденсаторов . Существенно лучшие характеристики имеет схема с умножением напряжения единственного малошумящего низковольтного стабилитрона на напряжение 5…7 В. В этой схеме, также как и в обычном термокомпенсированном стабилитроне, опорное напряжение равно сумме напряжения пробоя стабилитрона и напряжения перехода база-эмиттер биполярного транзистора. Коэффициент умножения опорного напряжения определяется делителем R2-R3. Действительный коэффициент умножения несколько больше расчётного из-за ответвления тока в базу транзистора.

По соображениям безопасности и простоты монтажа в стабилизаторе положительного напряжения удобнее применять pnp-транзистор, в стабилизаторе отрицательного напряжения — npn-транзистор. В таких конфигурациях коллектор силового транзистора электрически соединён с общим проводом и его можно крепить непосредственно к шасси без изолирующих прокладок. По соображениям доступности и себестоимости в стабилизаторах любой полярности проще и дешевле применять npn-транзисторы. При напряжениях и токах, типичных для ламповых усилителей, ёмкость конденсатора, шунтирующего стабилитрон, должна составлять несколько тысяч мкФ. При том она не только фильтрует низкочастотный шум стабилитрона, но и обеспечивает плавное нарастание напряжения при запуске схемы. Как результат, при включении питания возрастает тепловая нагрузка на последовательное сопротивление R1.

ИОН на термокомпенсированном стабилитроне

Термокомпенсированные стабилитроны обычно питаются постоянным током от транзисторного или интегрального источника тока. Использование базовой схемы с балластным резистором не имеет смысла, поскольку даже при питании схемы стабилизированным напряжением нестабильность по току будет неприемлемо велика. Слаботочные стабилитроны на ток 1 мА обычно запитываются от источников тока на биполярных транзисторах, полевых транзисторах с p-n-переходом, стабилитроны на ток 10 мА — от источников тока на МДП-транзисторах со встроенным каналом в режиме обеднения. Интегральные источники тока семейства LM134/LM334 допускают токи до 10 мА, но не рекомендуются к применению в схемах с током более 1 мА из-за высокой нестабильности по температуре (+0,336 %/°C).

Высокоомные нагрузки с постоянным, относительно термостабильным, сопротивлением можно подключать непосредственно к выводам стабилитрона. В иных случах между стабилитроном и нагрузкой включается буферный усилитель на прецизионном операционном усилителе или на дискретных биполярных транзисторах. В грамотно спроектированных схемах такого рода, прошедших длительную электротермотренировку, нестабильность при длительной работе
составляет порядка 100 ppm в месяц — существенно выше того же показателя прецизионных интегральных ИОН.

Генератор белого шума на стабилитроне

Собственные шумы стабилитрона лавинного пробоя имеют спектр, близкий к спектру белого шума. В стабилитронах на напряжение 9…12 В уровень шума достаточно высок для того, чтобы его можно было использовать для целенаправленной генерации шума. Частотный диапазон такого генератора определяется полосой пропускания усилителя напряжения и может простираться до сотен МГц. На приведённых иллюстрациях показаны две возможные конструкции усилителей: в первом случае верхняя граничная частота усилителя (1 МГц) задаётся ёмкостью С2, во втором она определяется полосой пропускания интегральных усилителей (900 Мгц) и качеством монтажа.

Уровень шума конкретного стабилитрона мало предсказуем и может быть определён только опытным путём. Отдельные ранние серии стабилитронов отличались особо высоким уровнем шума, но по мере совершенствования технологии их вытеснили малошумящие приборы. Поэтому в серийных изделиях более оправдано применение не стабилитронов, а высокочастотных биполярных транзисторов в обратном включении, например, разработанного ещё в 1960-е годы транзистора 2N918 — спектр его шума простирается до 1 ГГц.

Программируемые перемычки на стабилитронах

Стабилитрон на базе обратно-смещённого эмиттерного перехода интегрального планарного npn-транзистора («поверхностный стабилитрон») отличается от дискретных стабилитронов малым предельным током стабилизации. Максимальный обратный ток, допустимый в типовой эмиттерной структуре с металлизацией алюминием , не превышает 100 мкА. При больших токах в приповерхностном слое происходит видимая глазу вспышка и под слоем оксида возникает алюминиевая перемычка, навсегда превращающая погибший стабилитрон в резистор с сопротивлением около 1 Ом.

Этот недостаток интегральных стабилитронов широко используется в производстве аналоговых интегральных схем для точной подстройки их параметров. В технологии пережигания стабилитронов
(англ. zener zapping

) параллельно с коммутируемыми сопротивлениями формируются элементарные стабилитронные ячейки. При необходимости скорректировать величину сопротивления цепи или коэффициент делителя напряжения ненужные стабилитронные ячейки пережигаются импульсами тока длительностью 5 мс и силой 0,3-1,8 A, закорачивая соответствующие им резисторы. Тот же приём может применяться и в цифровых ИС с металлизацией алюминием.

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

остается практически постоянным, поэтому и напряжение на нагрузке постоянно U Н = U ст – const. При этом уравнение для всей цепи имеет вид: E = U ст + R ст (I ст – I Н).

Наиболее часто стабилитрон работает в режиме, когда напряжение Е не стабильно, а R Н – const. Для поддержания режима стабилизации следует правильно выбрать R СТ. Обычно R СТ рассчитывают для средней точки А характеристики стабилитрона (рис. 19). Если предположить, что E min £ E £ E max , то

Если напряжение Е изменяется в какую либо сторону, то будет, и изменятся ток стабилитрона, но напряжение на нем U CT , а, следовательно, и на нагрузке остается практически неизменным.

Все изменения напряжения поглощаются R CT , поэтому должно выполнится условие:

Второй режим стабилизации: входное напряжение постоянно, а R Н изменяется в пределах от R Н min до R Н max , в этом случае: , ; .

Так как R CT постоянно, то падение напряжения на нем равное Е−U CT также постоянно, то и ток через R CT I CP +I Н CP должен быть постоянным. Это возможно, когда ток стабилизации I CP и I Н изменяются в одинаковой степени, но в противоположны стороны (т.е. сумма постоянна).

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

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

U Н =U CT ─ I Н R доб

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

U CT =U CT 1 +U CT 2

Для компенсации температурного дрейфа U CT последовательно со стабилитроном возможно включение термозависимого сопротивления R T , имеющее ТКR Т обратный по закону ТКU CT .

Для стабилитронов с ТКU CT >0 в качестве R T можно использовать p-n-переход дополнительного диода, включенного в прямом направлении.

Для стабилизации с термокомпенсацией выпускаются специальные двух-анодные стабилитроны, которые включаются в цепь произвольно, причем один диод включен в обратном направлении – обеспечивает режим стабилизации, а другой в прямом – режим термокомпенсации (рис. 22).

Стабисторы

ВАХ стабистора мало отличается от ВАХ выпрямительных диодов.

Однако для того чтобы обеспечить наибольшую крутизну прямой ветви ВАХ, стабисторы изготавливаются из высоколегированных полупроводников. Это обеспечивает малое r б и малое значение R диф. Слабая зависимость U ПР от I ПР на

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

Туннельные диоды

Туннельные диоды – это полупроводниковые приборы, ВАХ которых имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением (рис. 24).

Туннельные диоды изготавливаются из полупроводников с высокой концентрацией примесей. Вследствие этого толщина запирающего слоя p-n-перехода очень мала (0,01¸0,02мкм), что создает условия для туннельного эффекта.

Наличие высокой концентрации примесей вызывает расщепление примесных уровней в зоны и сильное искривление энергетических зон.

При подаче обратного напряжения ток через диод резко увеличивается (туннелирование электронов из p в n область). Это эквивалентно туннельному пробою p-n-перехода.

При подаче прямого смещения возрастает поток электронов туннелированных из n области в p. По мере роста U пр происходит увеличение I пр, который достигает I max при U 1 (0 ¸ 1) (для германиевых диодов U 1 = 40 ¸ 50 мВ; для арсенид галлиевых — U 1 = 100 ¸ 150 мВ). При этих смещениях величина диффузионного тока через потенциальный барьер ничтожна, и I пр определяется только туннельным эффектом. При дальнейшем увеличении U ПР, I ПР уменьшается (перекрытие энергетических зон уменьшается). При U ПР = U 2 туннельный ток равен нулю (1¸2).

Этот участок ВАХ характеризуется отрицательным дифференциальным сопротивлением т.к. DI

В т.2 I ПР = I min – это обычный прямой диффузионный ток диода. (т.е. в т.2 туннельный диод ведет себя как обычный диод), туннельный эффект закончился.

При дальнейшем увеличении U ПР, I ПР увеличивается (2¸3) за счет роста диффузионного тока – преодоление электронов потенциального барьера.

Основные особенности ВАХ туннельных диодов:

Участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением R диф;

Большие токи при обратных смещениях.

Основные параметры:

Ток максимальный I max – соответствует пику ВАХ;

Ток минимальный I min – соответствует минимуму ВАХ;

Напряжение пика U 1 – соответствует току I max ;

Напряжение U 2 – соответствует I min ;

Максимальный I ПР;

U ПР соответствует I ПР max ;

Постоянное обратное напряжение;

Емкость диода.

Туннельные диоды используются в переключающих цепях сверхвысокого быстродействия (до 1000 мГц).

Разновидностью туннельных диодов являются обращенные диоды. Их особенность – это практическое отсутствие участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением на прямой ветви ВАХ (рис. 25).

По форме ВАХ обращенного диода представляет перевернутую ВАХ обычного диода.

Открытое состояние для таких диодов соответствует обратному смещению. При обратном смещении ток через диод очень сильно зависит от напряжения. Достоинство – диоды могут работать при очень малых напряжениях.

Они обладают хорошими частотными свойствами, т.к. туннелирование процесс малоинерционный, а смещения малы, поэтому практически отсутствует инжекция и накопление неосновных носителей.

Обращенные диоды используются в диапазоне СВЧ. Достоинством туннельных и обращенных диодов является высокая радиационная стойкость, вследствие высокой концентрации примесей.

Варикапы

Варикап – это полупроводниковый диод, который используется как нелинейная емкость, управляемая напряжением (емкость p-n-перехода – функция приложенного напряжения).

В варикапах используется барьерная емкость, т.к. диффузионная зашунтирована малым прямым сопротивлением p-n-перехода.

Варикап работает при обратных смещениях на p-n-переходе. Его емкость меняется в широких пределах (10¸1000 пФ) и определяется выражением:

где С 0 – емкость при U Д = 0, U K – значение контактного потенциала, U – приложенное обратное напряжение, n =2 – для резких p-n переходов, n=3 – для плавных переходов. С ростом U обр емкость уменьшается. Основной характеристикой варикапа является вольт-фарадная характеристика (ВФХ) (рис. 26).

Основные параметры:

Емкость варикапа С в – емкость, измеренная при заданном U обр;

Коэффициент перекрытия по емкости – отношение емкостей при двух заданных U обр; ,

− сопротивление потерь r П – суммарное активное сопротивление варикапа;

− добротность Q B – отношение реактивного сопротивления на заданной частоте Х С к сопротивлению потерь ;

ТКС В – температурный коэффициент С В.

Светоизлучающие диоды

Светоизлучающий диод – это полупроводниковый диод, предназначенный для отображения информации. Светодиод (СИД) получают на основе p-n или гетеропереходов с выпрямляющей ВАХ (рис. 27).

Излучение в области перехода вызвано самопроизвольной рекомбинацией носителей заряда при прохождении прямого тока. При этом рекомбинирующий электрон переходит из ЗП в ВЗ с выделением кванта света с энергией hu »DW 3З. Для получения квантов видимого света ширина ∆W ЗЗ должна составлять DW 3 ³1,7эВ. При DW 3

Такой величиной DW 33 обладают полупроводниковые соединения GaAsP с различным соотношением элементов 1,4

В обычных плоских переходах, кванты света поглощаются в кристалле полупроводника вследствие внутреннего отражения. Поэтому в СИД используют сферическую форму кристалла, либо плоский кристалл полупроводника вплавляют в сферическую каплю стекла или пластика, что снижает эффект внутреннего отражения (рис. 28).

Похожая информация.

Стабилитрон, он же диод Зенера, назван в честь первооткрывателя туннельного пробоя Кларенса Зенера и на схемах обозначается следующим образом.

Но в отличие от выпрямительного диода ток через него может течь в обоих направлениях.

Для лучшего понимания его работы, можно представить его как два диода, включённых встречно-параллельно, но с разным падением напряжения.

Для любого стабилитрона, падение напряжение на одном из его диодов равно примерно 0.7 вольт, а падение напряжение на другом зависит от выбранного стабилитрона, так как разные стабилитроны имеют различные напряжения стабилизации (от 3 до 400 вольт). Например, для BZX55C3V3 прямое падение напряжение равно 0.7 вольта, а напряжение пробоя, по нашей аналогии падение напряжения на втором диоде, равно 3.3 вольта.

Описанное выше становится более понятно если посмотреть на вольт — амперную характеристику(ВАХ) стабилитрона.

Правая ветвь ВАХ аналогична ВАХ диода, а левая отвечает за тот самый туннельный пробой. Пока обратное напряжение не достигло напряжения пробоя, ток через стабилитрон практически не течёт, не считая утечки. При дальнейшем увеличении обратного напряжения, в определенный момент начинается пробой, он характеризуется загибом ВАХ. Дальнейшее увеличение обратного напряжения приводит к туннельному пробою, в этом состоянии ток через стабилитрон растёт, а напряжение нет.

Отличительной чертой туннельного пробоя является, его обратимость, то есть после снятия приложенного напряжение стабилитрон вернётся в исходное состояние. Если же максимально допустимый ток будет превышен и произойдёт тепловой пробой, стабилитрон выйдет из строя.

Простейшая схема стабилизатора на стабилитроне выглядит следующим образом.

Давайте соберём её, подключив осциллограф вместо нагрузки и подадим на вход треугольный сигнал амплитудой 10 вольт. Напряжение генератора — первый канал, напряжение на стабилитроне — второй канал.

На осциллограмме видно, что напряжение на стабилитроне изменяется от -0,88 до 3,04 вольта.

Для того чтобы понять почему так происходит, давайте заменим схему выше двумя эквивалентными.
При прямом включения стабилитрона, когда на аноде плюс, на катоде минус.

При обратном включении стабилитрона, когда на аноде минус, на катоде плюс.

До этого мы не учитывали величину сопротивление нагрузки. Прежде чем рассматривать как поведёт себя схема под нагрузкой, необходимо ознакомиться с основными характеристиками стабилитрона.

Vz
— напряжение стабилизации
, обычно указывается минимальное и максимальное значение
Iz и Zz
— минимальный ток стабилизации
и сопротивление стабилитрона
Izk и Zzk
— ток и сопротивление в точке, где начинается «излом» характеристики
Ir и Vr
— обратный ток и напряжение при заданной температуре
Tc
— температурный коэффициент
Izrm
— максимальный ток стабилизации

Что же произойдёт когда мы подключим нагрузку?
Ток, протекающий через стабилитрон уменьшиться, так как часть его потечёт через нагрузку. Вопрос в том насколько уменьшится, если ток через стабилитрон станет меньше минимального тока стабилизации
стабилитрон перестанет стабилизировать напряжение и всё напряжение питания окажется приложенным к нагрузке. Из этого можно сделать вывод, что при отключенной нагрузке ток через стабилитрон должен быть равен сумме 2-х токов, минимального тока стабилизации и тока нагрузки.
Эта сумма токов задается с помощью гасящего резистора, в нашей схеме его номинал 1К.

Формула для его вычисления выглядит следующим образом

ЗАПРЕЩЕННАЯ СХЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ | Дмитрий Компанец

Схема стабилизации с помощью неоновых лампочек

Стабилизация напряжения с помощью стабилитронов хорошо знакома многим и основным элементом стабилизации в схемах является стабилитрон. В качестве стабилитрона могут выступать разные радиоэлементы имеющие пороговые свойства. Хотя иногда стабилизаторами становятся и компоненты для этого изначально не предназначенные,- к примеру транзисторы и неоновые лампочки.

Стабилизация напряжения стабилитроном

Суть стабилизации пороговыми элементами сводится к пропусканию ими тока при достижении критического напряжения. Именно ток протекающий через стабилитрон стабилизирует напряжение в схеме.
Вот тут как раз и кроется причина возникновения парадоксов и запретных загадок. Слабый стабилитрон пропуская через себя большие токи может легко выйти из строя, а вот увеличить ток и мощность стабилизации можно применив схему с транзистором рассчитанным на пороговые токи стабилизации.

Для увеличения стабилизируемого напряжения применяется последовательное включение стабилитронов

Последовательно включенные стабилитроны

Очень часто я встречаю решение по увеличению мощности тока стабилизации в схемах опубликованных и рассказанных на радиолюбительских сайтах в виде параллельно поставленных стабилитронов. Логически параллельное соединение увеличивает мощность схемы стабилизации, НО практически это в корне не верно.

Да , ставить стабилитроны ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО можно тем самым увеличивая напряжение стабилизации, но паралельно НЕЛЬЗЯ!

В этой схеме ток протекает через обе лампочки

Простой опыт с неоновыми лампочками включенными по упрощенной схеме ПАРАЛЕЛЬНОГО включения показывает, что ток при превышении заданного напряжения стабилизации будет протекать только через один пороговый элемент в то время как второй просто будет «отдыхать».

В этой схеме будет гореть только одна неоновая лампа

В результате схема будет работать до поры до времени, но в определенный момент один из стабилитронов просто выйдет из строя сгорев и замкнув цепь питания.

Вывод: Параллельное включение стабилитронов категорически ЗАПРЕЩЕНО!

Последовательное соединение стабилитронов для увеличения напряжения

Стабилитрон | Принцип работы и маркировка стабилитронов ⋆ diodov.net

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

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

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

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

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

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

Принцип работы стабилитрона

Рассмотрим принцип работы стабилитрона на примере схемы его включения и вольт-амперной характеристике. Для выполнения своей основной функции стабилитрон VD соединяется последовательно с резистором Rб и вместе они подключаются к источнику входного нестабилизированного напряжения Uвх.

Уже стабилизированное выходное напряжение Uвых снимается только с выводов 2, 3 VD. Поэтому нагрузка Rн подключается к соответствующим точкам 2 и 3. Как видно из схемы, VD и Rб образуют делитель напряжения.

Только сопротивление стабилитрон имеет не постоянно значение и называется динамическим, поскольку зависит от величины электрического тока, протекающего через полупроводниковый прибор.

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

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

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

Вольт-амперная характеристика стабилитрона

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

На обратной ветви вольт-амперной характеристик опорного диода выделим две характерные точки 1 и 3. Точка 1 отвечает минимальному значению тока стабилизации, который находится в пределах единиц миллиампер. Если ток, протекающий через стабилитрон, будет ниже точки 1, то он не сможет выполнять свои функции (не откроется).

В случае превышения тока выше точки 3 опорный диод перегреется и выйдет из строя. Поэтому оптимальной точкой в большинстве случае будет точка посредине обратной ветви ВАХ, то есть точка 2.

Тогда при изменении тока в широких пределах (смотрите ось Y) точка 2 будет изменять свое положение, перемещаясь вверх или вниз по обратной ветви, а напряжение будет изменяться незначительно (смотрите ось X).

Встречное, параллельное, последовательное соединение стабилитронов

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

Параллельное соединение применяется с целью повышения тока и мощности.

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

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

Маркировка стабилитронов

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

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

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

Маркировка SMD стабилитронов

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

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

Мощность рассеивания стабилитрона

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

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

Как проверить стабилитрон

Проверить стабилитрон на предмет исправности довольно просто и быстро можно с помощью простейшего мультиметра. Для этого мультиметр следует перевести в режим «прозвонка», как правило, обозначенный знаком диода. Затем, если положительным щупом мультиметра прикоснуться анода, а отрицательным – катода, то на дисплее измерительного прибора мы увидим некоторое значение падения напряжения на pn-переходе. Поскольку к полупроводниковому прибору приложено прямое напряжение (смотрите прямую ветвь вольт-амперной характеристики), то опорный диод откроется.

Теперь, если щупы мультиметра поменять местами, тем самым приложить к выводам полупроводникового прибора обратное напряжение (смотрите обратную ветвь ВАХ), то он окажется заперт и не будет проводить ток. На дисплее измерительного прибора отобразится единица, обозначающая бесконечно высокое сопротивление.

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

Источник: https://diodov.net/stabilitron-printsip-raboty-i-markirovka-stabilitronov/

Последовательное соединение стабилитронов для увеличения напряжения

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

Параллельный параметрический и последовательный стабилизаторы напряжения

Параллельный параметрический стабилизатор, последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе. Практические расчеты.

Доброго дня уважаемые Радиолюбители!
Сегодня на сайте “Радиолюбитель“, в разделе “Практикум начинающего радиолюбителя“, мы продолжим рассмотрение статьи “Источники питания радиолюбительских устройств“. Напомню, что в прошлый раз, изучая схему источника питания радиолюбительских устройств, мы остановились на назначении и расчете сглаживающего фильтра:

Сегодня мы рассмотрим последний элемент – стабилизатор напряжения.

Стабилизатор напряжения — преобразователь электрической энергии, позволяющий получить на выходе напряжение, находящееся в заданных пределах при колебаниях входного напряжения и сопротивления нагрузки

Сегодня мы рассмотрим два простейших стабилизатора напряжения:— параллельный параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне;

– последовательный стабилизатор напряжения на биполярном транзисторе.

Источник: https://1000eletric.com/posledovatelnoe-soedinenie-stabilitronov-dlya-uvelicheniya-napryazheniya/

Параллельное соединение — стабилитрон — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Параллельное соединение — стабилитрон

Cтраница 1

Параллельное соединение стабилитронов для повышения мощности не допускается, так как из-за недостаточной идентичности вольтамперных характеристик, включаемых параллельно диодов, невозможно распределить между ними токи равномерно. Ток стабилизации, проходящий через один диод, может меняться в пределах от 1 до 30 ма и, следовательно, может скомпенсировать изменение тока нагрузки только на эту величину. Таким образом, пределы регулировки при токах нагрузки в сотни миллиампер получаются недостаточными. Чтобы расширить пределы допустимых колебаний входного напряжения и тока нагрузки, в схему стабилизации включают транзистор в качестве эммиттерного повторителя.
[2]

Параллельное соединение стабилитронов не допускается.
[4]

Параллельное соединение стабилитронов не применяется, так как разные стабилитроны имеют неодинаковые напряжения зажигания и напряжения стабилизации. В результате этого при подаче напряжения зажигается лишь один стабилитрон, у которого напряжение наименьшее.
[5]

Параллельное соединение стабилитронов допускается при условии, что ток стабилизации, проходящий через каждый стабилитрон, должен быть в пределах допустимых норм. Допускается последовательное соединение любого числа стабилитронов.
[6]

Параллельное соединение стабилитронов не применяется, так как разные экземпляры стабилитронов данного типа не имеют одинаковых напряжений зажигания. Поэтому при параллельном соединении, как правило, зажигается только стабилитрон с наименьшим напряжением зажигания.
[8]

Параллельное соединение стабилитронов недопустимо, так как из-за неизбежного разброса параметров ток стабилитрона с наименьшим напряжением пробоя окажется во много раз больше токов через остальные диоды.
[9]

Параллельное соединение стабилитронов и стабисторов не применяют, так как вследствие различия их сопротивлений ток распределится между ними неравномерно. В результате стабилитрон с меньшим сопротивлением окажется перегруженным и стабилизатор будет ненадежен в работе.
[10]

Допускается параллельное соединение стабилитронов при условии, что ток стабилизации, проходящий через каждый стабилитрон, должен быть в пределах допустимых норм. Допускается последовательное соединение любого числа стабилитронов.
[11]

Для увеличения стабилизированного напряжения применяют-последовательное соединение стабилитронов; параллельное соединение стабилитронов не применяют, так как невозможно подобрать стабилитроны с абсолютно одинаковыми параметрами.
[12]

При работе стабилитрон должен включаться полярностью, обратной указанной на корпусе стабилитрона. Параллельное соединение стабилитронов допускается только при условии, что ток стабилизации, проходящий через каждый стабилитрон, должен быть в пределах допустимых норм.
[13]

Допускается последовательное соединение любого количества стабилитронов. Параллельное соединение стабилитронов допускается при условии, что суммарная мощность, рассеиваемая на всех параллельно включенных стабилитронах, не превосходит предельной мощности для одного стабилитрона, а ток, протекающий через каждый стабилитрон — величины максимальных и минимальных значений.
[14]

Допускается последовательное соединение любого числа стабилитронов. Параллельное соединение стабилитронов допускается при условии, что суммарная рассеиваемая мощность на всех параллельно включенных стабилитронах не превосходит максимально допустимой рассеиваемой мощности для одного стабилитрона.
[15]

Страницы:

1

2

Последовательное и параллельное соединение выпрямительных диодов

При выпрямлении более высоких напряжений приходится соединять диоды последовательно, с тем, чтобы обратное напряжение на каждом диоде не превышало предельного. Но вследствие разброса обратных сопротивлений у различных экземпляров диодов одного и того же типа на отдельных диодах обратное напряжение может оказаться выше предельного, что повлечет пробой диодов. Поясним это примером.

Пусть в некотором выпрямителе амплитуда обратного напряжения составляет 1000 В и применены диоды с U_обр_max = 400 В. Очевидно, что необходимо соединить последовательно не менее трех диодов. Предположим, что обратные сопротивления диодов R_о6р1, = R_обр2 = 1 МОм и R_о6р3 = 3 МОм. Обратное напряжение распределяется пропорционально обратным сопротивлениям, и поэтому получится U_о6р1, = U_обр2 = 200 В и U_о6р3, = 600 В. На третьем диоде (кстати говоря, он является лучшим, так как у него наибольшее R_обр) обратное напряжение выше предельного, и он может быть пробит. Если это произойдет, то напряжение 1000 В распределится между оставшимися диодами и на каждом из них будет 500 В. Ясно, что любой из этих диодов может пробиться, после чего все обратное напряжение 1000 В будет приложено к одному диоду, который его не выдержит. Такой последовательный пробой диодов иногда происходит за доли секунды.

Рисунок 2.26 – Последовательное соединение диодов

Для того чтобы обратное напряжение распределялось равномерно между диодами независимо от их обратных сопротивлений, применяют шунтирование диодов резисторами (рисунок 2.26). Сопротивления R _шрезисторов должны быть одинаковы и значительно меньше наименьшего из обратных сопротивлений диодов. Но вместе с тем R _шне должно быть слишком малым, чтобы чрезмерно не возрос ток при обратном напряжении, т. е. чтобы не ухудшилось выпрямление. Для рассмотренного примера можно взять резисторы с сопротивлением 100 кОм. Тогда при обратном напряжении сопротивление каждого участка цепи, состоящего из диода и шунтирующего резистора, будет несколько меньше 100 кОм и общее обратное напряжение разделится между этими участками примерно на три равные части. На каждом участке это напряжение окажется меньше 400 В и диоды будут работать надежно. Обычно шунтирующие резисторы имеют сопротивление от нескольких десятков до нескольких сотен килоом.

Параллельное соединение диодов применяют в том случае, когда нужно получить прямой ток, больший предельного тока одного диода. Но если диоды одного типа просто соединить параллельно, то вследствие неодинаковости вольт-амперных характеристик они окажутся различно нагруженными и в некоторых ток будет больше предельного. Различие в прямом токе у однотипных диодов может составлять десятки процентов.

Для примера на рисунке 2.27, а показаны характеристики прямого тока двух диодов одного и того же типа, у которых I_пр_max = 0,2 А. Пусть от этих диодов требуется получить прямой ток 0,4 А. Если их соединить параллельно, то при токе 0,2 А на первом диоде напряжение равно 0,4 В (кривая 1). А на втором диоде при таком же напряжении ток будет лишь 0,05 А (кривая 2). Таким образом, общий ток составит 0,25 А, а не 0,4 А. Увеличивать напряжение на диодах нельзя, так как в первом диоде ток станет больше предельного.

Рисунок 2.27 – Параллельное соединение диодов

Из характеристик видно, что для получения во втором диоде тока 0,2 А надо иметь на нем напряжение 0,5 В, т. е. на 0,1 В больше, чем на первом диоде. Поэтому, чтобы установить правильный режим работы диодов, надо подвести к ним напряжение 0,5 В, но последовательно с первым диодом включить уравнительный резистор (рисунок 2.27, б) – с целью поглощения излишнего для первого диода напряжения 0,1 В. Ясно, что сопротивление этого резистора R_у = 0,1:0,2 = 0,5 Ом. При наличии такого резистора оба диода будут нагружены одинаково током в 0,2 А.

Практически редко включают параллельно больше трех диодов. Уравнительные резисторы с сопротивлением в десятые доли ома или единицы ом обычно подбирают экспериментально до получения в рабочем режиме одинаковых токов в диодах. Иногда включают уравнительные резисторы с сопротивлением, в несколько раз большим, чем прямое сопротивление диодов, для того чтобы ток в каждом диоде определялся главным образом сопротивлением R _у . Но в этом случае происходит дополнительное падение напряжения на R_y ,, превышающее в несколько раз прямое напряжение диодов, и КПД, конечно, снижается. Если нежелательно включать уравнительные резисторы, то надо подобрать диоды с примерно одинаковыми характеристиками. Однако рекомендуется по возможности не прибегать к параллельному соединению диодов.

Импульсные диоды

Во многих современных радиоэлектронных устройствах полупровод-никовые диоды часто работают в импульсном режиме (импульсных цепях) при длительности импульсов, равной единицам или долям микросекунды. От выпрямительных диодов они отличаются малыми емкостями p-n переходов (доли микроварад). Рассмотрим особенности этого режима на примере, когда диод соединен последовательно с нагрузкой, сопротивление которой R_н во много раз больше прямого сопротивления диода (R_н» R_пр) (рисунок 2.28). Пусть такая цепь находится под действием импульсного напряжения, которое состоит из короткого импульса прямого напряжения (положительного импульса), отпирающего диод, и более длительного импульса обратного напряжения (отрицательного импульса), надежно запирающего диод до прихода следующего положительного импульса. Импульсы напряжения имеют прямоугольную форму (рисунок 2.28, а).

График тока, а следовательно, и пропорционального ему напряжения на показан для этого случая на рисунке 2.28, б. При прямом напряжении ток в цепи определяется сопротивлением R_н. Хотя прямое сопротивление диода нелинейно, но оно почти не влияет на ток, так как во много раз меньше R_н. Поэтому импульсы прямого тока почти не искажены. Некоторые сравнительно небольшие искажения могут наблюдаться только при очень коротких (длительностью в доли микросекунды) импульсах.

При перемене полярности напряжения, т. е. при подаче обратного напряжения, диод запирается не сразу, а в течение некоторого времени проходит импульс обратного тока (рисунок 2.28, б), значительно превосходящий по амплитуде обратный ток в установившемся режиме i_{обр. уст}.

Рисунок 2.28 — Импульсный режим работы диода

Главная причина это разряд диффузионной емкости, т. е. рассасывание зарядов, образованных подвижными носителями в n- и р-областях. Поскольку концентрации примесей в этих областях обычно, весьма различны, то практически импульс обратного тока создается рассасыванием заряда, накопленного в базе, т. е. в области с относительно малой проводимостью. Например, если n-область является эмиттером, а р-область — базой, то при прямом токе можно пренебречь потоком дырок из р-области в n-область и рассматривать только поток электронов из n-области в р-область.

Этот диффузионный поток через переход вызывает накопление электронов в р-области, так как они не могут сразу рекомбинировать с дырками

или дойти до вывода от р-области. При перемене полярности напряжения накопленный в базе заряд начинает двигаться в обратном направлении и возникает импульс обратного тока. Чем больше был прямой ток, тем больше электронов накапливалось в базе и тем сильнее импульс обратного тока. Двигаясь от базы обратно в эмиттер, электроны частично рекомбинируют с дырками, а частично проходят через n-область до металлического вывода от этой области.

Исчезновение (рассасывание) заряда, накопленного в базе, длится некоторое время. К концу рассасывания обратный ток достигает своего установившегося, весьма малого, значения i_обр_уст. Иначе можно сказать, что обратное сопротивление диода R_обр сначала оказывается сравнительно небольшим, а затем постепенно возрастает до своего нормального установившегося значения.

Время τ_вос от момента возникновения обратного тока до момента, когда он принимает установившееся значение, называют временем восстановления обратного сопротивления. Это время — важный параметр диодов, предназначенных для импульсной работы. У таких диодов τ_вос не превышает десятых долей микросекунды. Чем оно меньше, тем лучше: тогда диод быстрее запирается.

Вторая причина возникновения импульса обратного тока — заряд барьерной емкости диода под действием обратного напряжения. Зарядный ток этой емкости складывается с током рассасывания заряда, и в результате получается суммарный импульс обратного тока, который тем больше, чем больше емкость диода. Эта емкость у специальных диодов для импульсной работы не превышает единиц пикофарад.

Если импульс прямого тока имеет длительность значительно большую, чем длительность рассмотренных переходных процессов, то импульс обратного тока получается во много раз более коротким (рисунок 2.28, в) и его можно не принимать во внимание.

Уменьшение емкостей достигается за счёт уменьшения площадей p-n переходов. Для уменьшения τ_восдиоды изготавливают так, чтобы ёмкость перехода была малой и рекомбинация носителей происходила как можно быстрее. Допускаются мощности рассеяния у них невелики (30-40 мВт).

По способу создания р-n переходов импульсные диоды подразделяются на точечные, сплавные, меза- и планарно-диффузионные [7].

В быстродействующих импульсных цепях широко используются диоды Шотки. У этих диодов не затрачивается время на накопление и рассасывание зарядов в базе. ВАХ диодов Шотки напоминает характеристику диодов на основе p-n переходов. Отличие состоит в том, что прямая ветвь в пределах 8-10 декад приложенного напряжения (декада – изменение значения в 10 раз) представляет почти идеальную экспонициальную кривую, а обратные токи малы (доли-десятки нА[1]).

Большинство конструкций импульсных диодов имеет металлостеклянный или стеклянный корпус.

На рисунке 2.29 показана конструкция германиевых импульсных микросплавных диодов 1Д508А, ГД508А, ГД508Б, предназначенных для применения в сверхбыстрых действующих формирователях импульсов. Выпускаются диоды в стеклянном корпусе. Масса диода не более 0,2 г.

Рисунок 2.29 — Конструкция германиевых импульсных микросплавных диодов 1Д508А, ГД508А, ГД508Б

На рисунке 2.30 показана конструкция кремниевого диффузионного импульсного диода КД805А, предназначенного для применения в импульсных схемах. Выпускаются диоды в металлическом корпусе с гибкими выводами. Диод обозначается на корпусе продольной полосой красного цвта. Масса диода не более 0,15 г.

Рисунок 2.30 — Конструкция кремниевого диффузионного импульсного диода КД805А

Импульсные диоды обладают следующими основными параметрами:

1. Общая ёмкость диода С_д(доли nФ – несколько пФ)

2. Максимальная импульсное прямое напряжение U_{пр и}_max (единицы В)

3. Максимально допустимый импульсный ток I_{пр и}_max (сотни mA)

4. Время установления прямого напряжения t_уст– время от момента подачи импульса прямого тока до достижения заданного значения прямого напряжения на нём (доли нс – доли мкс). Это время Зависит от скорости движения внутрь базы инпретированных через переход неосновных носителей, в результате которого наблюдается уменьшене её сопротивления.

5. Время восстановления обратного сопротивления диода t_вост(τ_вост.)

Изготовление р-n-переходов методом диффузии примесей значительно улучшает параметр t_вост.

Стабилитроны

Как было показано в пункте 1.3.5 вольт-амперная характеристика полупроводниковых диодов в области электрического пробоя имеет участок, который может быть использован для стабилизации напряжения. Такой участок у кремниевых плоскостных диодов соответствует изменениям обратного тока в широких пределах. При этом до наступления пробоя обратный ток очень мал, а в режиме пробоя, т. е. в режиме стабилизации, он становится такого же порядка, как и прямой ток. В настоящее время выпускаются исключительно кремниевые стабилитроны многих типов. Их также называют опорными диодами, так как получаемое от них стабильное напряжение в ряде случаев используется в качестве эталонного. На рисунке 2.31 дана типичная вольт-амперная характеристика стабилитрона при обратном токе, показывающая, что в режиме стабилизации напряжение меняется мало. Характеристика для прямого тока стабилитрона такая же, как у обычных диодов.

Рисунок 2.31 — Вольтамперная характеристика стабилитрона при обратном токе

Кремниевые стабилитроны могут быть изготовлены на малые’ напряжения (единицы вольт), а именно такие нужны для питания многих транзисторных устройств.

Напряжение стабилизации U_ст может быть примерно от 3 до 200 В. изменение тока стабилитрона от I_min до I_max составляет десятки и даже сотни миллиампер. Максимальная допустимая мощность Р_m_ах, рассеиваемая в стабилитроне, от сотен милливатт до единиц ватт. Дифференциальное сопротивление R_д = Δu/Δi в режиме стабилизации может быть от десятых долей Ома для низковольтных мощных стабилитронов до 200 Ом для стабилитронов на более высокие напряжения. Низковольтные стабилитроны небольшой мощности имеют сопротивление R_д от единиц до десятков Ом. Чем меньше R_д, тем лучше стабилизация. При идеальной стабилизации было бы R_д = 0. Так как R_д является сопротивлением переменному току, то его не следует путать со статическим сопротивлением, т. е. сопротивлением постоянному току R₀ = и/ i . Сопротивление Rо всегда во много раз больше R_д.Влияние температуры оценивается температурным коэффициентом напряжения стабилизации ТКН, который характеризует изменение напряжения и„ при изменении температуры на один градус, т. е.

ТКН=ΔU_ст/(U_стΔT) . (2.10)

Температурный коэффициент напряжения может быть от 10^-5 до 10^-3 К^-1. Значение U_ст и знак ТКН зависят от удельного сопротивления основного полупроводника. Стабилитроны на напряжения до 7 В изготовляются из кремния с малым удельным сопротивлением, т. е. с большой концентрацией примесей. В этих стабилитронах п — р-переход имеет малую толщину, в нем действует поле с высокой напряженностью и пробой происходит главным образом за счет туннельного эффекта. При этом ТКН получается отрицательным. Если же применен кремний с меньшей концентрацией примесей, то n-р-переход будет толще. Его пробой возникает при более высоких напряжениях и является лавинным. Для таких стабилитронов характерен положительный ТКН.

Простейшая схема применения стабилитрона показана на рисунке 2.32. Нагрузка (потребитель) включена параллельно стабилитрону. Поэтому в режиме стабилизации, когда напряжение на стабилитроне почти постоянно, такое же напряжение будет и на нагрузке. Все изменения напряжения источника Е при его нестабильности почти полностью поглощаются ограничительным резистором R_огр.

Рисунок 2.32 — Схема включения стабилитрона

Наиболее часто стабилитрон работает в таком режиме, когда напряжение источника нестабильно, а сопротивление нагрузки R_нпостоянно. Для установления и поддержания правильного режима стабилизации в этом случае сопротивление R_огрдолжно иметь определенное значение. Обычно R_огр рассчитывают для средней точки Т характеристики стабилитрона. Если напряжение Е меняется от Е_min до Е_max, то можно R_огр найти по следующей формуле:

R_огр = (Е_ср – U_ст)/(I_ср + I_Н) , (2.11)

где Е_ср = 0,5 (Е_min — Е_max) — среднее напряжение источника; I_ср = 0,5 (I_min + I_max) — средний ток стабилитрона; I_н = U_ст / R_н — ток нагрузки.

Если напряжение Е станет изменяться в ту или другую сторону, то будет изменяться ток стабилитрона, но напряжение на нем, а следовательно, и на нагрузке будет почти постоянным.

Поскольку все изменения напряжения источника должны поглощаться ограничительным резистором, то наибольшее изменение этого напряжения, равное Е_max — Е_min, должно соответствовать наибольшему возможному изменению тока, при котором ещё сохраняется стабилизация, т. е. I_max — I_min. Отсюда следует, что если значение Е изменяется на ΔЕ, то стабилизация будет осуществляться только при соблюдении условия

ΔЕ≤( I_max — I_min) R_огр.(2.12)

Стабилизация в более широком диапазоне изменения Е возможна при увеличении R_огр. Но из формулы (2.12) следует, что большее R_огр получается при меньшем I_н, т. е. при большем R_н. Повышение Е_ср также дает увеличение Rогр.

Иногда необходимо получить стабильное напряжение более низкое, чем дает стабилитрон. Тогда последовательно с нагрузкой включают добавочный резистор, сопротивление которого легко рассчитать по закону Ома (рисунок 2.33).

Рисунок 2.33 — Включение добавочного резистора для понижения стабильного напряжения на нагрузке

Второй возможный режим стабилизации применяется в том случае, когда Е= const, а R_н изменяется в пределах от R_н_min до R_н_max. Для такого режима R_огр можно определить по средним значениям токов по формуле

R_огр=(E-U_ст)/(I_ср+ I_{н ср}) , (2.13)

где I_{н ср}=0,5 (I _н_min— I _н_max), при чём I _н_min=U_ст/ R_н_max и I _н_max= U_ст/ R_н_min.

Работу схемы в данном режиме можно объяснить так. Поскольку R_огр постоянно и падение напряжения на нем, равное Е — U_ст, также постоянно, то и ток в R_огр, равный I_ср+ I_{н ср} должен быть постоянным. Но последнее возможно только в том случае, если ток стабилитрона I и ток I_н изменяются в одинаковой степени, но в противоположные стороны. Например, если I_н увеличивается, то ток I на столько же уменьшается, а их сумма остается неизменной.

Для получения более высоких стабильных напряжений применяется последовательное соединение стабилитронов, рассчитанных на одинаковые токи (рисунок 2.34). Вследствие разброса характеристик и параметров у отдельных экземпляров стабилитронов данного типа их параллельное соединение с целью получения больших токов не рекомендуется. Оно допускается только при условии, что суммарная мощность, рассеиваемая на всех стабилитронах, не превышает предельной мощности одного стабилитрона.

Рисунок 2.34 — Последовательное включение стабилитронов

Для повышения стабильности напряжения может применяться схема каскадного соединения стабилитронов (рисунок 2.35) в которой стабилитрон VD1 должен иметь более высокое напряжение U_ст, нежели стабилитрон VD2.

Рисунок 2.35 — Каскадное включение стабилитронов

Эффективность стабилизации напряжения характеризуется коэффициентом стабилизации к_ст, который показывает, во сколько раз относительное изменение напряжения на выходе схемы стабилизации меньше, чем относительное изменение напряжения на входе. Для простейшей схемы по рисунку 2.32 можно написать

. (2.14)

Практически полупроводниковый стабилитрон может обеспечить к_ст,
равный нескольким десяткам. А при каскадном соединении (рисунок 2.35) общий коэффициент стабилизации равен произведению коэффициентов стабилизации отдельных звеньев (ячеек):

к_ст = к_ст1 к_ст2…(2.15)

и уже при двух звеньях достигает нескольких сотен.

Недостаток рассматриваемых схем стабилизации состоит в том, что потери мощности в самом стабилитроне и на R_огр велики, особенно в схеме каскадного соединения.

Следует еще отметить, что если имеют место пульсации напряжения Е, то стабилитрон значительно сглаживает их. Это объясняется тем, что стабилитрон обладает малым сопротивлением переменному току. Оно обычно во много раз меньше R_огр. Поэтому большая часть напряжения пульсаций поглощается в R_огр, а на стабилитроне и на нагрузке будет лишь малая часть этого напряжения.

Конструкция стабилитронов очень незначительно отличается от конструкций выпрямительных диодов.

Стабисторы

Это полупроводниковые диоды, предназначенные для работы в стабилизаторах напряжения, причем в отличие от стабилитронов у стабисторов используется не обратное напряжение, а прямое. Значение этого напряжения мало зависит от тока в некоторых его пределах. Как правило, стабисторы изготовляются из кремния и имеют напряжение стабилизации в среднем около 0,7 В. Ток стабисторов обычно может быть от 1 мА до нескольких десятков миллиампер. Для получения стабильного напряжения в единицы вольт соединяют последовательно несколько стабисторов. Особенность стабисторов – отрицательный температурный коэффициент напряжения, т. е. напряжение стабилизации с повышением температуры уменьшается. Поэтому стабисторы применяют также в качестве термокомпенсирующих элементов, соединяя их последовательно с обычными стабилитронами, имеющими положительный температурный коэффициент напряжения.

Варикапы

Эти плоскостные диоды, иначе называемые параметрическими, работают при обратном напряжении, от которого зависит барьерная емкость. Таким образом, варикапы представляют собой конденсаторы переменной емкости, управляемые не механически, а электрически, т. е. изменением обратного напряжения.

Варикапы применяются главным образом для настройки колебательных контуров, а также в некоторых специальных схемах, например в так называемых параметрических усилителях. На рисунке 2.36 показана простейшая схема включения варикапа в колебательный контур. Изменяя с помощью потенциометра R обратное напряжение на варикапе, можно изменять резонансную частоту контура. Добавочный резистор R₁ с большим сопротивлением включен для того, чтобы добротность контура не снижалась заметно от шунтирующего влияния потенциометра R. Конденсатор С_р является разделительным. Без него варикап был бы для постоянного напряжения замкнут накоротко катушкой L.

Рисунок 2.36 – Схема включения варикапа в колебательный контур в качестве конденсатора переменной емкости

В качестве варикапов довольно успешно можно использовать кремниевые стабилитроны при напряжении ниже U_СТ, когда обратный ток еще очень мал и, следовательно, обратное сопротивление очень велико.

Туннельные диоды

Предложенный в 1958 г. японским ученым Л. Ёсаки туннельный диод изготовляется из германия или арсенида галлия с высокой концентрацией примесей (10¹⁹ —10²⁰ см^-3), т.е. с очень малым удельным сопротивлением, в сотни или тысячи раз меньшим, чем в обычных диодах. Такие полупроводники с малым сопротивлением называют вырожденными. Электронно-дырочный переход в вырожденном полупроводнике получается в десятки раз тоньше (10^-6 см), чем в обычных диодах, а потенциальный барьер примерно в два раза выше. В обычных полупроводниковых диодах высота потенциального барьера равна примерно половине ширины запрещенной зоны, а в туннельных диодах она несколько больше этой ширины. Вследствие малой толщины перехода напряженность поля в нем даже при отсутствии внешнего напряжения достигает 10^б В/см.

В туннельном диоде, как и в обычном, происходит диффузионное перемещение носителей через электронно-дырочный переход и обратный их дрейф под действием поля. Но кроме этих процессов основную роль играет туннельный эффект. Он состоит в том, что согласно законам квантовой физики при достаточно малой высоте потенциального барьера возможно проникновение электронов через барьер без изменения их энергии. Такой туннельный переход электронов с энергией, меньшей высоты потенциального барьера (в электрон-вольтах), совершается в обоих направлениях, но только при условии, что по другую сторону барьера для туннелирующих электронов имеются свободные уровни энергии. Подобный эффект невозможен с точки зрения классической физики (в которой электрон рассматривается как частица материи с отрицательным зарядом), но оказывается вполне реальным в явлениях микромира, подчиняющихся законам квантовой механики, согласно которым электрон имеет двойственную природу: с одной стороны, он является частицей, а с другой стороны, он может проявлять себя как электромагнитная волна. Но электромагнитная волна может проходить через потенциальный барьер, т. е. через область электрического поля, не взаимодействуя с этим полем.

Процессы в туннельном диоде удобно рассматривать на энергетических диаграммах, показывающих уровни энергии валентной зоны и зоны проводимости в n- и р-областях. Вследствие возникновения контактной разности потенциалов в n-р-переходе границы всех зон в одной из областей сдвинуты относительно соответствующих зон другой области на высоту потенциального барьера, выраженную в электрон-вольтах.

На рисунке 2.37 с помощью энергетических диаграмм изображено возникновение туннельных токов в электронно-дырочном переходе туннельного диода. Для того чтобы не усложнять рассмотрение туннельного эффекта, диффузионный ток и ток проводимости на этом рисунке не показаны. Диаграмма на рисунке 2.37, а соответствует отсутствию внешнего напряжения. Высота потенциального барьера взята для примера 0,8 эВ, а ширина запрещенной зоны составляет 0,6 эВ. Горизонтальными линиями в зоне проводимости и в валентной зоне показаны энергетические уровни, полностью или частично занятые электронами. В валентной зоне и зоне проводимости изображены также не заштрихованные горизонтальными линиями участки, которые соответствуют уровням энергии, не занятым электронами. Как видно, в зоне проводимости полупроводника n-типа и в валентной зоне полупроводника р-типа имеются занятые электронами уровни, которым соответствуют одинаковые энергии. Поэтому возможен туннельный переход электронов из области n в область р (прямой туннельный ток i_пр) и из области р в область n (обратный туннельный ток i_o₆_p). Эти два тока одинаковы по значению, и результирующий ток равен нулю.

Рисунок 2.37 – Энергетические диаграммы p-n-перехода в туннельном диоде при различном приложенном напряжении

На рисунке 2.37, б показана диаграмма при прямом напряжении 0,1 В, за счет которого потенциальный барьер понизился на 0,1 эВ и составляет 0,7 эВ. В этом случае туннельный переход электронов из области n в область р усиливается, так как в области р имеются в валентной зоне свободные уровни с такими же энергиями, как энергии уровней, занятых электронами в зоне проводимости области n. А переход электронов из валентной зоны области р в область n невозможен, так как уровни, занятые электронами в валентной зоне области р, соответствуют в области n энергетическим уровням запрещенной зоны. Обратный туннельный ток отсутствует, и результирующий ток достигает максимума. В промежуточных случаях, например когда u_пр = 0,05 В, существует и прямой и обратный туннельный ток, но обратный ток меньше прямого. Результирующим будет прямой ток, но он меньше максимального, получающегося при u_пр = 0,1 В.

Случай, показанный на рисунке 2.37, в, соответствует u_пр = 0,2 В, когда высота потенциального барьера стала 0,6 эВ. При этом напряжении туннельный переход невозможен, так как уровням, занятым электронами в данной области, соответствуют в другой области энергетические уровни, находящиеся в запрещенной зоне. Туннельный ток равен нулю. Он отсутствует также и при большем прямом напряжении.

Следует помнить, что при возрастании прямого напряжения увеличивается прямой диффузионный ток диода. При рассмотренных значениях u_пр < 0,2 В диффузионный ток гораздо меньше туннельного тока, а при u_пр > 0,2 В диффузионный ток возрастает и достигает значений, характерных для прямого тока обычного диода.

На рисунке 2.37, г рассмотрен случай, когда обратное напряжение u_обр = 0,2 В. Высота потенциального барьера стала 1 эВ, и значительно увеличилось число уровней, занятых электронами в валентной зоне р-области и соответствующих свободным уровням в зоне проводимости n-области. Поэтому резко возрастает обратный туннельный ток, который получается такого же порядка, как и ток при прямом напряжении.

Вольтамперная характеристика туннельного диода (рисунок 2.38) поясняет рассмотренные диаграммы. Как видно, при u = 0 ток равен нулю. Увеличение прямого напряжения до 0,1 В дает возрастание прямого туннельного тока до максимума (точка А). Дальнейшее увеличение прямого напряжения до 0,2 В сопровождается уменьшением туннельного тока. Поэтому в точке Б получается минимум тока и характеристика имеет падающий участок АБ, для которого характерно отрицательное сопротивление переменному току

R_i = Du/Di < 0. (2.16)

После этого участка ток снова возрастает за счет диффузионного прямого тока, характеристика которого на рисунке 2.38 показана штриховой линией. Обратный ток получается такой же, как прямой, т. е. во много раз больше, нежели у обычных диодов.

Рисунок 2.38 – Вольтамперная характеристика туннельного диода

Основные параметры туннельных диодов – ток максимума I_тах, ток минимума I_min (часто указывается отношение I_max/I_min, которое бывает равно нескольким единицам), напряжение максимума U₁ напряжение минимума U₂, наибольшее напряжение U₃, соответствующее току I_тах на втором восходящем участке характеристики (участок БВ). Разность DU = U₃ – U₁ называется напряжением переключения или напряжением скачка. Токи в современных туннельных диодах составляют единицы миллиампер, напряжения — десятые доли вольта. К параметрам также относится отрицательное дифференциальное сопротивление диода (обычно несколько десятков Ом), общая емкость диода (единицы или десятки пикофарад), время переключения (доли наносекунды) и максимальная, или критическая, частота (сотни гигагерц).

Включая туннельный диод в различные схемы, можно его отрицательным сопротивлением компенсировать положительное активное сопротивление (если рабочая точка будет находиться на участке АБ) и получать режим усиления или генерации колебаний. Например, в обычном колебательном контуре за счет потерь всегда имеется затухание. Но с помощью отрицательного сопротивления туннельного диода можно уничтожить потери в контуре и получить в нем незатухающие колебания. Простейшая схема генератора колебаний с туннельным диодом показана на рисунке 2.39.

Рисунок 2.39 – Простейшая схема включения туннельного диода для генерации колебаний

Работу такого генератора можно объяснить следующим образом. При включении питания в контуре LC возникают свободные колебания. Без туннельного диода они затухли бы. Пусть напряжение Е выбрано таким, чтобы диод работал на падающем участке характеристики, и пусть во время одного полупериода переменное напряжение контура имеет полярность, показанную на рисунке знаками « + » и «–» без кружков (знаки « + » и «–» в кружках относятся к постоянным напряжениям). Напряжение от контура подается на диод и является для него обратным. Поэтому прямое напряжение на диоде уменьшается. Но за счет работы диода на падающем участке характеристики ток возрастает, т. е. пройдет дополнительный импульс тока, который добавит энергию в контур. Если эта дополнительная энергия достаточна для компенсации потерь, то колебания в контуре станут незатухающими.

Туннельный переход электронов через потенциальный барьер происходит в чрезвычайно малые промежутки времени: 10^-12-10^-14с, или 10^-3-10^-5нс. Поэтому туннельные диоды хорошо работают на сверхвысоких частотах. Например, можно генерировать и усиливать колебания с частотой до десятков и даже сотен гигагерц. Следует заметить, что частотный предел работы туннельных диодов практически определяется не инерционностью туннельного эффекта, а емкостью самого диода, индуктивностью его выводов и его активным сопротивлением.

Принцип усиления с туннельным диодом показан на рисунке 2. 40. Для получения режима усиления необходимо иметь строго определенные значения Е и R_н. Сопротивление R_H должно быть немного меньше абсолютного значения отрицательного сопротивления диода. Тогда при отсутствии входного напряжения исходная рабочая точка Т может быть установлена на середине падающего участка (эта точка является пересечением линии нагрузки с характеристикой диода). При подаче входного напряжения с амплитудой U_m_вх линия нагрузки будет «совершать колебания», перемещаясь параллельно самой себе.

Рисунок 2.40 – Простейшая схема усилителя с туннельным диодом (а) и график, поясняющий процесс усиления (б)

Крайние ее положения показаны штриховыми линиями. Они определяют конечные точки рабочего участка АБ. Проектируя эти точки на ось напряжений, получаем амплитуду выходного напряжения U_m_вых, которая оказывается значительно больше амплитуды входного. Особенность усилителя на туннельном диоде – отсутствие отдельной входной и отдельной выходной цепи, что создает некоторые трудности при осуществлении схем с несколькими каскадами усиления. Усилители на туннельных диодах могут давать значительное усиление при невысоком уровне шумов и работают устойчиво.

Туннельный диод используется также в качестве быстродействующего переключателя, причем время переключения может быть около 10^–9 с, т.е. около 1 нс, и даже меньше. Схема работы туннельного диода в импульсном режиме в общем случае такая же, как на рисунке 2.40, но только входное напряжение представляет собой импульсы, а сопротивление R_H должно быть несколько больше абсолютного значения отрицательного сопротивления диода. На рисунке 2.41 показана диаграмма работы туннельного диода в импульсном режиме. Напряжение питания Е выбрано таким, что при отсутствии входного импульса диод работает в точке А и ток получается максимальным (I_m_ах), т. е. диод открыт. При подаче положительного импульса входного напряжения прямое напряжение на диоде увеличивается и режим работы диода скачком переходит в точку Б. Ток уменьшается до минимального значения I_min, что условно можно считать закрытым состоянием диода. А если установить постоянное напряжение Е, соответствующее точке Б, то можно переводить диод в точку А подачей импульсов напряжения отрицательной полярности.

Рисунок 2.41 – Работа туннельного диода в импульсном режиме

Туннельные диоды могут применяться в технике СВЧ, а также во многих импульсных радиоэлектронных устройствах, рассчитанных на высокое быстродействие. Помимо весьма малой инерционности достоинством туннельных диодов является их стойкость к ионизирующему излучению, а также малое потребление энергии от источника питания. К сожалению, эксплуатация туннельных диодов выявила существенный их недостаток. Он заключается в том, что эти диоды подвержены значительному старению, т. е. с течением времени их характеристики и параметры заметно изменяются, что может привести к нарушению нормальной работы того или иного устройства. Надо полагать, что в дальнейшем этот недостаток удастся свести к минимуму.

Если для диода применить полупроводник с концентрацией примеси около 10¹⁸ см^–3, то при прямом напряжении туннельный ток практически отсутствует и в вольт-амперной характеристике нет падающего участка (рисунок 2.42). Зато при обратном напряжении туннельный ток по-прежнему значителен, и поэтому такой диод хорошо пропускает ток в обратном направлении. Подобные диоды, получившие название обращенных, могут работать в качестве детекторов на более высоких частотах, нежели обычные диоды.

Рисунок 2.42 – Вольтамперная характеристика и условное графическое обозначение обращенного диода

Все туннельные диоды имеют весьма малые размеры. Например, они могут быть оформлены в цилиндрических герметичных металлостеклянных корпусах диаметром 3 – 4 мм и высотой около 2 мм. Выводы у них гибкие ленточные. Масса не превышает 0,15 г.

В настоящее время разрабатываются новые типы туннельных диодов, исследуются новые полупроводниковые материалы для них и проблемы замедления старения.

Рекомендуемые страницы:

Стабилитроны | Основы электроакустики

К специальным полупроводниковым диодам относятся приборы, в которых используются особые свойства p-n переходов: управляемая полупроводниковая емкость – варикапы; лавинный пробой – стабилитроны; туннельный эффект – туннельные и обращенные диоды; фотоэффект – фотодиоды; фотонная рекомбинация носителей зарядов – светодиоды; многослойные диоды – динисторы; приборы на переходе металл – полупроводник – диоды Шоттки. Кроме того, к диодам относят некоторые типы приборов с тремя выводами, такие как тиристоры. Рассмотрим наиболее часто применяемые диоды – стабилитроны и варикапы.

Стабилитроны – это полупроводниковые диоды, работающие в области лавинного пробоя. При обратном смещении полупроводникового диода возникает электрический лавинный пробой p-n перехода. При этом в широком диапазоне изменения тока через диод напряжение на нем меняется очень незначительно. Для ограничения тока через стабилитрон последовательно с ним включают сопротивление. Если в режиме пробоя мощность, рассеиваемая на нем, не превышает предельно допустимую, то в таком режиме стабилитрон может работать неограниченно долго. На рис.выше показано схемотехническое обозначение стабилитрона, а на рис.ниже приведена его вольтамперная характеристика.

Основными параметрами стабилитронов являются:

напряжение стабилизации номинальное UСТ;
напряжение стабилизации минимальное UСТ. мин;
напряжение стабилизации максимальное UСТ. макс;
дифференциальное сопротивление RСТ;
температурный коэффициент напряжения стабилизации αСТ;
минимальный ток стабилизации IСТ. мин;
максимальный ток стабилизации IСТ. макс;
рассеиваемая мощность PРАС.

ВАХ стабилитрона Чаще всего стабилитрон используется для стабилизации постоянного напряжения. Для оценки стабильности схемы используется такой параметр, как дифференциальное сопротивление стабилитрона. Этот параметр измеряется в единицах сопротивления и во многих расчетах играет роль сопротивления. Дифференциальное сопротивление равно отношению изменения приложенного напряжения к соответствующему изменению тока через схему. Стабилизация тем лучше, чем круче идет кривая и соответственно тем меньше дифференциальное сопротивление стабилитрона.

Простейшая схема стабилизатора напряжения (рис.4.15) включает в себя балластный резистор R0, стабилитрон VD и нагрузку RН, напряжение на которой требуется поддерживать постоянным.

Если изменится входное напряжение UВХ, то это приведет к изменению тока через стабилитрон VD, при этом изменяется сопротивление стабилитрона и соответственно изменится падение напряжения на резисторе R0, в результате чего произойдет компенсация изменения UВХ.

Стабилизатор напряжения. Для установления и поддержания правильного режима стабилизации сопротивление R0 должно иметь определенное значение, которое обычно рассчитывают для средней точки вертикального участка рабочей ветви ВАХ стабилитрона. Также необходимо учитывать, чтобы при любом возможном изменении входного напряжения ток через стабилитрон находился на вертикальном участке ВАХ. Рассмотрим основные параметры стабилитронов. Напряжение стабилизации может изменяться примерно от 3 до 200В, изменение тока стабилитрона от Iмин до Iмакс составляет десятки и даже сотни миллиампер. Максимальная допустимая мощность, рассеиваемая на стабилитроне – от сотен милливатт до единиц ватт. Дифференциальное сопротивление RДв режиме стабилизации может быть от десятых долей Ома для низковольтных мощных стабилитронов до 200 Ом для стабилитронов на более высокие напряжения. Низковольтные стабилитроны малой мощности имеют сопротивление RД от единиц до десятков Ом. Для получения более высоких стабильных напряжений применяется последовательное соединение стабилитронов, рассчитанных на одинаковые токи (рис.4.16). Вследствие разброса характеристик и параметров у отдельных экземпляров стабилитронов данного типа их параллельное соединение с целью получения больших токов не рекомендуется.
Последовательное включение стабилитронов Для повышения стабильности напряжения может применяться схема каскадного соединения стабилитронов , в которой стабилитрон VD1 должен иметь более высокое напряжение стабилизации, чем стабилитрон VD2. Эффективная стабилизация характеризуется коэффициентом стабилизации КСТ, который показывает, во сколько раз относительное изменение напряжения на выходе схемы стабилизации меньше, чем относительное изменение напряжения на входе. Для простейшей схемы на рис.4.15 можно записать: КCТ = (ΔUВХ / UВХ) / (ΔUВЫХ / UВЫХ).
Каскадное включение стабилитронов Практически полупроводниковый стабилитрон может обеспечить КСТ, равный нескольким десяткам. А при каскадном соединении (рис. 4.17) общий коэффициент стабилизации равен произведению коэффициентов стабилизации отдельных звеньев: КСТ = КСТ1∙КСТ2∙…∙КСТN и уже при двух звеньях составляет несколько сотен.

Недостатком рассматриваемых схем является то, что потери мощности в самом стабилитроне и на R0 велики, особенно в схемах каскадного соединения. Другой недостаток – схема не стабилизирует выходное напряжение при изменении сопротивления нагрузки и при изменении параметров самого стабилитрона.

Стабилитрон. Особенности практического применения. — Радиомастер инфо

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

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

На схемах обозначаются так:

Выглядят, в основном, вот так:

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

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

Типовая схема включения стабилитрона на конкретном примере:

Параметры стабилитрона КС182 указаны в справочнике:

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

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

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

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

Мощность стабилитрона 0,156 Вт.

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

Теперь основные моменты из практики.

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

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

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

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

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

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

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

Чем можно заменить стабилитрон или изменить напряжение стабилизации?

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

Примеры показаны ниже на фото:

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

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

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

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

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

Материал статьи продублирован на видео:

Расчет падения напряжения двух последовательно соединенных стабилитронов? (обратная проводка)

Поскольку никто не ответил на ваш основной вопрос, я попытаюсь объяснить:

Вы, , не можете вычислить напряжение на стабилитроне при низком токе. Обратное напряжение является характеристикой устройства и зависит от конструкции / архитектуры.
Я не нашел лучшего справочника, чем буклет OnSemi Theory of Zener, и вам следует начать с его чтения.

Стабилитроны

обычно имеют одну из двух различных архитектур: эффект Зенера и эффект Лавины. Вы используете стабилитроны в области эффекта Зенера, который можно охарактеризовать вплоть до очень низких токов, и напряжение на них будет несколько предсказуемо варьироваться.

Из документа OnSemi вот один очень подходящий график характеристики Vz:

Обратите внимание, что стабилитроны ниже 6V Vr имеют совершенно разные кривые Vr. Те, что ниже 6 В, имеют очень большую крутизну, и по мере того, как вы понижаете ток до предела утечки, напряжение Vr меняется. Ток утечки обычно стабилен (при заданной температуре) для напряжений более 1 В.

Теперь перейдем к вашей проблеме, поставим 3 Зенера последовательно.

Ток утечки для каждого из стабилитронов будет разным.Стабилитрон действует как источник постоянного тока, если у него достаточно Vr и пока не начнется туннелирование. Ток утечки обычно находится в диапазоне 10-200 мкА, и вы найдете максимум, указанный в технических данных для некоторых устройств.

Для ваших устройств (1N728A и 1N729A) ток утечки будет ниже 100 мкА при 1 В и начнет действовать эффект Зенера между 1 В и номинальным напряжением.

Для вашей конфигурации ОДИН стабилитронов будет иметь самый низкий ток утечки, который будет ограничивать два других ниже их тока утечки.Это означает, что при очень низких токах (независимо от значения утечки) напряжение на двух стабилитронах будет намного меньше их номинального значения и может упасть ниже 1 В.

Первая неровность на дороге — это ATTiny с гораздо меньшим током во сне

В вашей конфигурации ATTiny85 будет потреблять очень низкий ток в спящих режимах, и из таблицы данных вы можете видеть, что во время сна со сторожевым таймером, используемым для пробуждения, вы можете ожидать менее 10 мкА.

Этот очень низкий ток для ATTiny85 будет ограничивать ток через стабилитроны до уровня ниже тока утечки любого из них.

Это может привести к тому, что VCC для ATTiny поднимется выше абсолютного максимального значения 6 В и приведет к отказу устройства . И действительно, вы уже показали, что VCC поднимается до 5.1V.

^{смоделировать эту схему — Схема создана с помощью CircuitLab}

Это низкое падение напряжения на стабилитронах объясняет, почему ваша схема работает от батареи до 7 В постоянного тока, но это не лучший режим работы, и вы можете легко повредить MCU.Я предполагаю, что у вас действительно есть конденсатор на MCU, который вы не показали, и вы эффективно запускаете ATTiny, когда он просыпается.

Жизнеспособное решение на основе регулятора

Лучше всего инвестировать в линейный регулятор. Доступно множество вариантов с очень низким током покоя, таких как MCP1703, который обеспечивает однокристальное решение по низкой цене (

Вряд ли вы найдете импульсный стабилизатор по такой же цене и малой мощности.

Диоды серии

Максимальная мощность, которой может управлять один диод, определяется его номинальным обратным напряжением и его номинальным прямым током. В приложениях с большой мощностью один диод может не иметь достаточной мощности. Для увеличения мощности диоды включаются последовательно.

Подключение диодов серии

В приложениях с очень высоким напряжением номинального обратного напряжения одного диода может быть недостаточно. Затем используется последовательное соединение двух или более диодов (см. Рисунок 1 ниже) для увеличения номинального напряжения.Однако обратное напряжение не может быть равномерно разделено между двумя диодами, диод с более низким током утечки может иметь чрезмерное обратное напряжение на нем. Даже если мы используем диоды с одинаковыми номерами, их характеристики V-I могут не совпадать, как показано на рисунке 2. Номинальный ток последовательно соединенных диодов такой же, как номинальный ток одного из диодов. В обратном направлении оба последовательных диода имеют одинаковый обратный ток утечки, но, как показано, имеют разные значения для обратного напряжения.В этом случае диод D ₁ может превышать номинальное обратное напряжение.

Рисунок 1: Последовательное соединение диодов Рисунок 2: Характеристики V-I

Принудительное разделение напряжения может быть получено путем подключения резисторов разделения напряжения соответствующего номинала на каждом последовательном диоде. На рисунке 3 показан эффект размещения резисторов поперек диода. Чтобы быть эффективными, резисторы должны проводить ток, намного превышающий ток утечки диодов.Эти разделяющие резисторы будут потреблять мощность во время операции обратного смещения, поэтому важно использовать как можно большее сопротивление.

Кроме того, на диоде может быть чрезмерное обратное напряжение из-за разного времени обратного восстановления. Конденсатор, подключенный параллельно каждому диоду (см. Рисунок 4 ниже), защитит диод от скачков напряжения.

Значение резистора распределения напряжения может быть получено следующим образом:

Источник тока

I _S = (V _D1 / R) + I _D1 = (V _D2 / R) + I _D2

Решение для R ,

R = (V _D1 — V _D2) / (I _D2 — I _D1) ———————— ————————— Уравнение 1

Мощность, рассеиваемая в R , составляет

P _R = I ² _R1 x R + I ² _R2 x R

Рисунок 3: Последовательные диоды с добавленными резисторами Рисунок 4: Последовательная комбинация диодов с резистором и конденсатором Пример 1

Два диода с номинальным напряжением 800 В и обратным током утечки 1 мА подключены последовательно через источник переменного тока, пиковое значение которого составляет В _{с (макс.)} = 980 В.обратные характеристики показаны на рисунке 2. Определить

Обратное напряжение на каждом диоде
Значение резистора разделения напряжения, чтобы напряжение на любом диоде составляло не более 55% от В _{с (макс.)}
Суммарный ток источника и потери мощности в резисторах

Решение:

A. Без разделения сил ток через диоды является током утечки.Следовательно, при 1 мА, как показано на Рисунке 2

В _D1 = 700 В

В _D2 = 280 В

B. С принудительным разделением напряжения, так что

В _D1 = 55% x 980 = 539 В

В _D2 = 900 — 495 = 441 В

Получаем из графика

I _D1 = 0,7 мА

I _D2 = 1,4 мА

Используя уравнение 1

R = (V _D1 — V _D2) / (I _D2 — I _D1)

R = (539 В — 280 В) / (1.4 мА — 0,7 мА)

R = 140 К

C. Ток через R составляет

I _R1 = 539 / 140K = 3,85 мА

I _R2 = 441/140 K = 3,15 мА

Ток источника = 0,00385 + 0,0007 = 4,55 мА

или

Ток источника = 0,00315 + 0,0014 = 4,55 мА

Мощность, рассеиваемая в R, составляет

P _R = I ² _R1 x R + I ² _R2 x R = 2.1 + 0,44 = 2,54 Вт

Стабилитрон

— обзор

Пример 3.4

Желательно поддерживать сопротивление нагрузки R _L при постоянном напряжении 100 В, поскольку входное напряжение изменяется от 120 до 110 В. Если стабилизатор напряжения типа, показанного на рис. 3.10a, найдите наилучшее значение R _s для достижения этой цели, учитывая, что R _L = 10 кОм.

Сначала выбираем стабилитрон с напряжением В _z = 100 В.Во-вторых, мы должны определить максимальный ток через стабилитрон при нормальной работе и убедиться, что он не превышает максимально допустимый ток стабилитрона. Затем определяем R _s.

Для начала предположим, что входное напряжение зафиксировано на уровне В _мин = 110 В; тогда падение напряжения 10 В на последовательном сопротивлении R _s оставит R _L с падением напряжения 100 В — желаемое состояние.Чтобы это произошло, ток 10 мА должен протекать через R _L и R _с, что определило бы последовательное сопротивление как R _с = 10 В / 10 мА = 1 кОм. . Если бы напряжение оставалось на уровне 110 В, стабилитрон не понадобился бы, так как стабилитрон не протекал бы, даже если бы стабилитрон присутствовал. Однако входное напряжение изменяется, как показано на рис. 3.10b. Переключение с 110 В на 120 В обычно происходит не быстро, но может происходить за секунды, минуты или даже часы.

При повышении входного напряжения до 120 В ток через R _s будет увеличиваться пропорционально. Чтобы поддерживать R _L при 100 В, ток через R _L должен оставаться на уровне 10 мА, а любой избыточный ток должен течь через стабилитрон. Когда входное напряжение составляет В _max = 120 В, 20 В падает через R _с и 20 мА течет через R _с (от 10 мА до R _L и 10 мА через стабилитрон).Следовательно, как показано на рис. 3.10b, ток стабилитрона изменяется от I _{z , min} = 0 до I _{z , max} = 10 мА в ответ на изменения входного напряжения, в то время как нагрузка напряжение остается постоянным при 100 В.

Условие I _{z , min} = 0 может использоваться для определения оптимального значения для R _s, т. е.

Rs, оптимальный = Vmin −VzIL

, что для нашего примера дает R _{s , opt} = (110 В — 100 В ) / 10 мА = 1 кОм.

Если мы знаем максимальный ток I _{z , max}, который может выдержать стабилитрон, мы можем указать минимальное значение R _s, которое можно использовать в цепи стабилизатора напряжения на стабилитроне. как

Rs, min = Vmax − VzIz, max + IL

Если предположить, что I _{z , max} = 30 мА, то для R _s = (120 — 100 ) / (30 + 10) = 0,5 кОм = 500 Ом. Преимущество использования меньшего сопротивления для R _s заключается в том, что если входное напряжение упадет ниже 110 В, действие регулятора все еще может иметь место.Недостатком является то, что (i) R _{s , min} рассеивает больше энергии, чем R _{s , opt}, (ii) ток стабилитрона варьируется в пределах I _{z , min} = 10 мА и I _{z , макс.} = 30 мА, тогда как с R _{s , opt} ток Зенера изменяется только от 0 до 10 мА, и (iii) если входное напряжение превышает 120 В, ток стабилитрона превысит максимально допустимый ток I _{z , max} и, скорее всего, повредит диод.

Всегда существует некоторая опасность превышения максимального тока диода либо из-за неожиданного восходящего колебания входного напряжения, либо из-за внезапного отключения нагрузки, в результате чего весь входной ток будет протекать через диод. Последний случай, случай внезапной разомкнутой нагрузки ( R _L = ∞), обычно приводит к выходу из строя стабилитрона, поскольку наиболее вероятно, что I _{z , max} будут превышены.

Как использовать стабилитроны

AN008 — Как использовать стабилитроны

Elliott Sound Products

АН-008

Род Эллиотт (ESP)

Прил.Индекс банкнот
Основной индекс

О стабилитронах
Стабилитроны
очень часто используются для базовых задач регулирования напряжения. Они используются в качестве дискретных компонентов, а также в пределах ИС, которые требуют опорного напряжения. Стабилитроны (также иногда называемые опорное напряжение диоды) действует как обычный диод кремния в прямом направлении, но предназначены для разрушения при определенном напряжении, когда подвергается воздействию обратного напряжения.

Все диоды делают это, но обычно при напряжениях, которые непредсказуемы и слишком высоки для обычных задач регулирования напряжения.В стабилитронах используются два разных эффекта …

Ударная ионизация (также называемая лавинным пробоем) — положительный температурный коэффициент
Пробой стабилитрона — отрицательный температурный коэффициент

Ниже 5,5 В преобладает стабилитрон, а при напряжениях 8 В и более — лавинный пробой. Хотя у меня нет намерения вдаваться в подробности, в сети есть много информации (см. Ссылки) для тех, кто хочет знать больше.Поскольку эти два эффекта имеют противоположные тепловые характеристики, стабилитроны при напряжении около 6 В обычно имеют очень стабильные характеристики в отношении температуры, поскольку положительный и отрицательный температурные коэффициенты компенсируются.

Очень высокая термическая стабильность может быть получена путем последовательного включения стабилитрона с обычным диодом. Здесь нет жестких правил, и обычно требуется выбор устройства, чтобы комбинация была как можно более стабильной. Можно выбрать стабилитрон около 7-8 В для работы с диодом, чтобы компенсировать температурный дрейф.Излишне говорить, что диодный и стабилитронный переходы должны находиться в тесном тепловом контакте, иначе температурная компенсация не увенчается успехом.

Стабилитрон — это уникальный полупроводниковый прибор, который выполняет множество различных задач, в отличие от любого другого компонента. Похожее устройство (которое, по сути, является самим специализированным стабилитроном) — это диод TVS (ограничитель переходного напряжения). Однако есть несколько альтернатив TVS-диодам, в отличие от стабилитронов. Прецизионные опорное напряжение ИС можно рассматривать как аналогичные Zeners, но они не являются — они ИСЫ, которые используют ссылку запрещенной зоны (обычно около 1.25 В). Это ИС, содержащие множество внутренних деталей. Стабилитрон — это цельная деталь с одним P-N переходом.

Использование стабилитронов

По непонятным мне причинам в сети почти нет информации о том, как именно использовать стабилитрон. Вопреки тому, что можно было ожидать, существуют ограничения для правильного использования, и если они не будут соблюдены, производительность будет намного хуже, чем ожидалось. На рисунке 1 показаны стандартные характеристики стабилитрона, но, как и почти на всех подобных диаграммах, отсутствует важная информация.

Рисунок 1 — Проводимость стабилитрона

Итак, чего не хватает? Важная часть, которую легко упустить, — это то, что наклон секции разбивки составляет , а не прямую . Стабилитроны обладают так называемым «динамическим сопротивлением» (или импедансом), и это следует учитывать при проектировании схемы с использованием стабилитрона.

Фактическое напряжение, при котором начинается пробой, называется изломом кривой, и в этой области напряжение довольно нестабильно.Он довольно сильно меняется в зависимости от тока, поэтому важно, чтобы стабилитрон работал выше колена, где наклон является наиболее линейным.

В некоторых технических паспортах приводится значение динамического сопротивления, которое обычно составляет около 0,25 от максимального номинального тока. Динамическое сопротивление при таком токе может составлять всего пару Ом, а стабилитроны в районе 5-6 В дают лучший результат. Обратите внимание, что это также соответствует лучшим тепловым характеристикам.

Это все хорошо, но что такое динамическое сопротивление? Это просто «кажущееся» сопротивление, которое можно измерить, изменив силу тока.Лучше всего это пояснить на примере. Предположим, что динамическое сопротивление для конкретного стабилитрона составляет 10 Ом. Если изменить ток на 10 мА, напряжение на стабилитроне изменится на …

В = R × I = 10 Ом * 10 мА = 0,1 В (или 100 мВ)

Таким образом, напряжение на стабилитроне изменится на 100 мВ при изменении тока на 10 мА. Хотя, например, для стабилитрона на 15 В это может показаться не очень большим, это все же представляет собой значительную ошибку. По этой причине стабилитроны в схемах регуляторов обычно питаются от источника постоянного тока или через резистор от регулируемого выхода.Это минимизирует колебания тока и улучшает регулирование.

В технических паспортах производителей часто указывается динамическое сопротивление как в колене, так и при заданном токе. Стоит отметить, что, хотя динамическое сопротивление стабилитрона может составлять всего 2-15 Ом при 25% максимального тока (в зависимости от номинального напряжения и мощности), оно может быть более 500 Ом на уровне колена, так же как и стабилитрон начинает выходить из строя. Фактические цифры меняются в зависимости от напряжения пробоя, при этом стабилитроны высокого напряжения имеют намного более высокое динамическое сопротивление (на всех участках кривой пробоя), чем блоки низкого напряжения.Точно так же детали с более высокой мощностью будут иметь более низкое динамическое сопротивление, чем версии с низким энергопотреблением (но для достижения стабильной рабочей точки требуется больший ток).

Наконец, полезно посмотреть, как определить максимальный ток стабилитрона, и установить практическое правило для оптимизации тока для достижения наилучших характеристик. В технических паспортах стабилитронов обычно указывается максимальный ток для различных напряжений, но это может быть легко решено, если у вас нет таблицы данных под рукой …

I = P / V , где I = ток, P = номинальная мощность стабилитрона и V = номинальное напряжение стабилитрона.

Например, стабилитрон 27 В 2 Вт может выдерживать максимальный непрерывный ток …

I = 2/27 = 0,074 A = 74 мА (при 25 ° C)

Как указано в примечании к приложению «стабилитрон с использованием транзисторов» (AN-007), для оптимальной работы стабилитрона лучше всего поддерживать ток на уровне максимум 0,7 номинального тока, поэтому стабилитрон 27 В / 2 Вт не должен работать с током более 47 мА. Идеальное значение составляет 20-30% от максимума, так как это сводит к минимуму потери энергии, поддерживает приемлемую температуру стабилитрона и гарантирует, что стабилитрон работает в пределах наиболее линейной части кривой.Если вы посмотрите на приведенную ниже таблицу данных стабилитрона, вы увидите, что испытательный ток обычно составляет от 25% до 36% от максимального продолжительного тока. Проницательный читатель поймет, что этот диапазон был выбран, чтобы показать диод в лучшем свете, и, следовательно, это рекомендуемый рабочий ток.

Хотя все это не является сложным, это показывает, что в скромном стабилитроне (не очень) есть нечто большее, чем склонны осознавать новички (и многие профессионалы в том числе). Только поняв, какой компонент вы используете, вы сможете добиться от него максимальной производительности.Конечно, это относится не только к стабилитронам — большинство (так называемых) простых компонентов имеют характеристики, о которых многие не подозревают.

Помните, что стабилитрон очень похож на обычный диод, за исключением того, что он имеет определенное обратное напряжение пробоя, которое намного ниже, чем у любого стандартного выпрямительного диода. Стабилитроны всегда подключены с обратной полярностью по сравнению с выпрямительным диодом, поэтому катод (клемма с полосой на корпусе) подключается к самой положительной точке в цепи.

Зажимы Зенера

Часто необходимо применять зажим, чтобы напряжение переменного тока не превышало заданное значение. На рис. 2 показаны два способа сделать это. Первый явно неверен — хотя он будет работать как фиксатор, пиковое выходное напряжение (на стабилитронах) будет всего 0,65 В. Стабилитроны действуют как обычные диоды с примененной обратной полярностью, поэтому первая цифра идентична паре обычных диодов.

Рисунок 2 — Зажим для переменного тока на стабилитроне

В первом случае оба стабилитрона будут проводить как обычные диоды, потому что напряжение стабилитрона никогда не будет достигнуто.Во втором случае фактическое зафиксированное напряжение будет на 0,65 В выше напряжения стабилитрона из-за последовательного диода. Следовательно, стабилитроны на 12 В будут фиксировать напряжение около 12,65 В — R1 предназначен для ограничения тока до безопасного значения для стабилитронов, как описано выше.

Важно помнить, что стабилитроны идентичны стандартным диодам при напряжении ниже своего стабилитрона — фактически, обычные диоды могут использоваться как стабилитроны. Фактическое напряжение пробоя обычно намного выше, чем обычно используется, и каждый диод (даже из одного производственного цикла) будет иметь различное напряжение пробоя, которое обычно слишком велико, чтобы быть полезным.

Данные стабилитрона

Приведенные ниже данные довольно типичны для стабилитронов мощностью 1 Вт в целом и показывают напряжение стабилитрона и одно из наиболее важных значений — динамическое сопротивление. Это полезно, потому что показывает, насколько хорошо стабилитрон будет регулировать и (с небольшими вычислениями), сколько пульсаций вы получите, когда стабилитрон будет питаться от типичного источника питания. Пример расчета показан ниже.

Если вы хотите самостоятельно измерить динамическое сопротивление, это довольно просто сделать.Во-первых, используйте ток около 20% от номинального максимума от регулируемого источника питания через подходящий резистор. Измерьте и запишите напряжение на стабилитроне. Теперь увеличьте ток (скажем) на 10 мА для стабилитронов менее 33 В. Вам нужно будет использовать меньшее увеличение тока для более высоких типов напряжения. Снова измерьте напряжение стабилитрона и отметьте точное увеличение тока.

Например, вы можете измерить следующее …

Напряжение стабилитрона = 11,97 В при 20 мА
Напряжение стабилитрона = 12.06 В при 30 мА
ΔV = 90 мВ, ΔI = 10 мА
R = ΔV / ΔI = 0,09 / 0,01 = 9 Ом

Этот процесс можно использовать с любым стабилитроном. Вам просто нужно отрегулировать ток в соответствии с требованиями, убедившись, что начальный и конечный испытательные токи находятся в пределах линейной части характеристик стабилитрона. Точность зависит от точности вашего испытательного оборудования, и важно убедиться, что температура стабилитрона остается стабильной во время теста, иначе вы получите неправильный ответ из-за теплового коэффициента стабилитрона.По возможности, испытания должны быть очень короткими с использованием импульсов, но это очень сложно без специального оборудования.

Следующие данные представляют собой полезный краткий справочник для стандартных стабилитронов мощностью 1 Вт. Основная информация взята из таблицы данных Semtech Electronics для стабилитронов серии 1N47xx. Обратите внимание, что суффикс «A» (например, 1N4747A) означает, что допуск составляет 5%, а стандартный допуск обычно составляет 10%. Напряжение стабилитрона измеряется в условиях теплового равновесия и испытания на постоянном токе при показанном испытательном токе (I _zt).

Обратите внимание, что стабилитрон 6,2 В (1N4735) имеет самое низкое динамическое сопротивление из всех показанных, и, как правило, также имеет температурный коэффициент, близкий к нулю. Это означает, что это один из лучших значений для использования, где требуется достаточно стабильное опорное напряжение. Поскольку это очень полезное значение, оно выделено в таблице. Если вам нужна ссылка стабильного напряжения на действительно , то не использовать стабилитрон, но использовать специальную ссылку точности напряжения IC вместо этого.

8 9048 4 9048 4 9048 4 9048 47

9090

9090 1 9048

Тип

V _Z (ном.)

I _Zt мА

R _Zt Ом

R _Z Ом при …

Колено
Ток
(мА)

Утечка
мкА

Утечка
Напряжение

Пик
Ток (мА)

Продолж.
Ток (мА)

1N4728

3,3

400

150

1375

275

400

100

1260

252

1N4730

3,9

9048 9

9048 1

1190

234

1N4731

4,3

9,0

400

10707

8,0

500

970

193

1N4733

5,1

1 1

890

178

1N4734

5,6

5,0

600

810

16489 810

2,0

700

730

146

1N4736

6,8

9048 9048 9048 9048 9048 4

660

133

1N4737

7,5

4,0

700

0,5

605

9048 9048 1N472

4,5

700

0,5

550

110

1N4739

9,1

9048 7

500

100

1N4740

7,0

700

0,25

7,6

453

8.0

700

0,25

8,4

414

1N4742

9,0

700

0 76

1N4743

700

0,25

9,9

344

0.25

11,4

304

1N4745

15,5

700

0,25

9048 9

9048

750

0,25

13,7

250

1N4747

12.5

750

0,25

15,2

225

1N4748

11,5

750 23

9048 9

205

1N4749

10,5

750

0,25

18,2

190

9048 9048

750

0,25

20,6

170

1N4751

8,5

9048 150

1N4752

7,5

1000

0,25

25,1

135

9048

1000

0,25

27,4

125

1N4754

6,5

9048 115

1N4755

6,0

1500

0,25

32,7

110

9048 9048 9048 9048 9048 9048

9048 9048 15

1500

0,25

35,8

1N4757

5,0

1500

5,0

1500

1N4758

4,5

110

2000

0,25

42,6

9048

125

2000

0,25

47,1

1N4760

3,7

150

9048 65

1N4761

3,3

175

2000

0,25

56,0

9048 1 9048 9048

200

3000

0,25

62,2

1N4763

2,8

250

2,8

9048 50

1N4764

100

2,5

350

3000

0,25

76,0

9049 1 Характеристики

I _Zt = испытательный ток стабилитрона
R _Zt = динамическое сопротивление при заявленном испытательном токе
R _Z = динамическое сопротивление при токе, показанном в следующем столбце (Ток в колене (мА))
Ток утечки = ток через стабилитрон ниже изгиба кривой проводимости стабилитрона при напряжении, указанном в следующем столбце (Напряжение утечки)
Пиковый ток = максимальный неповторяющийся кратковременный ток (обычно <1 мс)
Непрерывный ток = максимальный непрерывный ток, при условии, что выводы на расстоянии 10 мм от тела имеют температуру 25 ° C (на практике маловероятно)

Рисунок 3 — Температурное снижение номинальных характеристик стабилитрона

Как и все полупроводники, стабилитроны должны быть снижены, если их температура превышает 25 ° C.Это , всегда — это случай при нормальном использовании, и если вы используете приведенные выше рекомендации, вам обычно не о чем беспокоиться. На приведенном выше графике показана типичная кривая снижения номинальных характеристик стабилитронов, которую необходимо соблюдать для обеспечения надежности. Как и любой другой полупроводник, если стабилитрон слишком горячий, чтобы прикасаться к нему, он горячее, чем должен быть. Уменьшите ток или используйте усиленный стабилитрон, описанный в AN-007.

Стабилитроны можно использовать последовательно, либо для увеличения мощности, либо для получения напряжения, недоступного иным образом. Не используйте стабилитроны параллельно, так как они не будут делить ток поровну (помните, что большинство из них имеют допуск 10%). Стабилитрон с более низким напряжением «перехватит» ток, перегреется и выйдет из строя. При последовательном использовании старайтесь поддерживать отдельные напряжения стабилитрона близкими к одинаковым, так как это гарантирует, что оптимальный ток через каждый из них находится в оптимальном диапазоне. Например, использование стабилитрона на 27 В последовательно с стабилитроном на 5,1 В было бы плохой идеей, потому что невозможно легко достичь оптимального тока через оба.

Использование стабилитронов

Использовать стабилитроны в качестве стабилизаторов достаточно просто, но есть некоторые вещи, которые вам нужно знать, прежде чем все подключать. Типичная схема показана ниже для справки и не предназначена для того, чтобы быть чем-то конкретным — это просто пример. Обратите внимание, что если вам нужен двойной источник питания (например, ± 15 В), тогда цепь просто дублируется для отрицательного источника питания, меняя полярность стабилитрона и C1 по мере необходимости. Мы будем использовать стабилитрон 1 Вт, в данном случае 1N4744, диод 15 В.Максимальный ток, который мы хотели бы использовать, составляет примерно половину расчетного максимума (не более 33 мА). Минимально допустимый ток составляет около 10% (достаточно близко к 7 мА).

Рисунок 4 — Типичная схема стабилитрона

Во-первых, вам необходимо знать следующие подробности о предполагаемой схеме …

Источник напряжения — например, от источника питания усилителя мощности (включая любые пульсации напряжения)
Максимальное и минимальное значения напряжения источника — оно будет меняться в зависимости от напряжения сети, тока нагрузки и пульсаций
Желаемое регулируемое напряжение — предпочтительно с использованием стабилитрона стандартного значения.Мы будем использовать 15V
Ток нагрузки — ожидаемый ток потребления схемы, питаемой от стабилизированного источника питания.

Имея эту информацию, вы можете определить последовательное сопротивление, необходимое для стабилитрона и нагрузки. Резистор должен пропускать достаточный ток, чтобы стабилитрон находился в пределах своей линейной области, но значительно ниже максимального значения, чтобы уменьшить рассеиваемую мощность. Если напряжение источника изменяется в широком диапазоне, может оказаться невозможным успешно использовать простой стабилитрон.

Предположим, что напряжение источника поступает от источника питания 35 В, используемого для усилителя мощности. Максимальное напряжение может достигать 38 В и падать до 30 В, когда усилитель мощности работает на полную мощность при низком сетевом напряжении. Между тем, предусилитель, которому требуется регулируемое питание, использует пару операционных усилителей и потребляет 10 мА. Вы хотите использовать источник питания 15 В. для операционных усилителей. Это вся необходимая информация, поэтому мы можем провести расчеты. Vs — напряжение источника, Is — ток источника, Iz — ток стабилитрона, I , L — ток нагрузки, Rs — сопротивление источника.

Iz (макс.) = 30 мА (наихудший случай, отсутствие нагрузки на сетевое питание и максимальное сетевое напряжение)
I L = 10 мА (ток, потребляемый операционными усилителями)
Is (макс.) = 40 мА (опять же, полный ток от источника в наихудшем случае)

Из этого мы можем рассчитать сопротивление Rs. Напряжение на Rs составляет 23 В при максимальном напряжении источника, поэтому Rs должно быть …

Rs = Vs / I = 23 / 40м = 575 Ом

Когда напряжение источника минимально, на Rs будет только 15 В, поэтому нам нужно проверить, будет ли ток стабилитрона достаточным…

Is = V / R = 15/575 Ом = 26 мА
Iz = Is — I L = 26 мА — 10 мА = 16 мА

Когда мы убираем ток нагрузки (10 мА для операционных усилителей), у нас все еще остается доступный ток стабилитрона 16 мА, поэтому регулирование будет вполне приемлемым, и стабилитрон не будет нагружен. 575 Ом — нестандартное значение, поэтому вместо него мы будем использовать резистор 560 Ом. Нет необходимости заново рассчитывать все, потому что изменение небольшое, и мы позаботились о том, чтобы дизайн был консервативным с самого начала.Следующим шагом является определение мощности, рассеиваемой в истоковом резисторе Rs …

для наихудшего случая.

Is = 23 В / 560 Ом = 41 мА
P = Is² × R = 41 мА² * 560 Ом = 941 мВт

В этом случае было бы неразумно использовать резистор менее 2 Вт, но лучше с проволочной обмоткой 5 Вт. Точно так же, как рассчитывалась мощность резистора, также рекомендуется дважды проверить рассеивание стабилитрона в худшем случае. Возможно, удастся отключить операционные усилители, и в этом случае стабилитрон должен будет полностью поглотить 41 мА, поэтому рассеиваемая мощность составит 615 мВт.Это выше, чем цель, установленная в начале этого упражнения, но находится в пределах рейтинга стабилитрона 1W и никогда не будет проблемой в долгосрочной перспективе. Нормальное рассеивание в худшем случае составляет всего 465 мВт при подключенных операционных усилителях, и это вполне приемлемо.

На рисунке 4 показан конденсатор 220 мкФ, подключенный параллельно стабилитрону. Это не влияет на выходной шум , а не , потому что импеданс (он же динамическое сопротивление) стабилитрона очень низок. Мы использовали пример стабилитрона 15 В, поэтому мы ожидаем, что его сопротивление будет около 14 Ом (из таблицы).Чтобы быть полезным для снижения шума, C1 должен быть не менее 1000 мкФ, но в большинстве случаев используются гораздо более низкие значения (обычно 100–220 мкФ). Цель состоит в том, чтобы подавать мгновенный (импульсный) ток, который может потребоваться для схемы или в случае операционных усилителей, чтобы гарантировать, что полное сопротивление источника питания останется низким, по крайней мере, до 2 МГц или около того.

Поскольку стабилитроны обладают динамическим сопротивлением, на выходе будет некоторая пульсация. Его можно рассчитать на основе входной пульсации, изменения тока источника и динамического сопротивления стабилитрона.Предположим, что на источнике есть пульсации 2V P-P. Это означает, что ток через Rs будет изменяться на 3,57 мА (I = V / R). Стабилитрон имеет динамическое сопротивление 14 Ом, поэтому изменение напряжения на стабилитроне должно быть …

V = R × I = 14 × 3,57 м = 50 мВ пик-пик (менее 20 мВ RMS)

При условии, что активная схема имеет хороший коэффициент подавления источника питания (PSRR), пульсация 20 мВ на частоте 100 Гц (или 120 Гц) не будет проблемой. Если по какой-то причине это недопустимо, то дешевле использовать трехконтактный регулятор, чем использовать любой из известных методов уменьшения пульсаций.Наиболее распространенным из них является использование двух резисторов вместо резисторов Rs и установка конденсатора высокого номинала (не менее 470 мкФ) от соединения резисторов с землей. Это снизит пульсации до уровня ниже 1 мВ, в зависимости от размера дополнительного конденсатора.

Максимальное увеличение стабильности (опорного напряжения)

Стандартный резистор стабилитрона подвержен большим колебаниям тока и рассеиваемой мощности при изменении входного напряжения. Простая цепь обратной связи может помочь поддерживать очень стабильный ток через стабилитрон и, следовательно, обеспечить более стабильное опорное напряжение.Как обсуждалось ранее, стабилитрон 6,2 В имеет очень низкий тепловой коэффициент напряжения, и если мы сможем обеспечить стабильный ток, это еще больше улучшит регулирование напряжения. Питание стабилитрона источником тока является стандартной практикой при изготовлении ИС, и это достаточно просто сделать и в дискретных конструкциях.

Устройство, показанное ниже не предназначено для использования в качестве источника питания, но, чтобы обеспечить фиксированное опорное напряжение для других схем, которые могут потребовать напряжения для стабильных компараторов (к примеру).Схема не может конкурировать с выделенной ссылкой точности напряжения, но это будет удивительно хорошо для многих применений общего назначения. Токовое зеркало (Q2b и Q3b) питается от источника тока (Q1b), опорная точка которого поступает от стабилитрона, поэтому существует замкнутый контур, и изменение тока через сам стабилитрон может быть очень небольшим. При указанных значениях ток стабилитрона составляет всего 2,5 мА, что, похоже, противоречит приведенным ранее рекомендациям. Однако увеличение тока стабилитрона не очень помогает, но увеличивает рассеяние в транзисторах.Например, если R1b уменьшается до 1 кОм, ток стабилитрона увеличивается до 5,4 мА, рассеивание в Q1b и Q3b удваивается, но регулирование улучшается лишь незначительно.

Рисунок 5 — «Обычные» по сравнению с. Схема прецизионного стабилитрона

Сравните (a) и (b) в схемах на Рисунке 5, и сразу станет очевидно, что напряжение от стабилизированной версии (b) действительно должно быть очень стабильным, даже при большом изменении входного напряжения. При моделировании в диапазоне напряжений от 10 В до 30 В изменение напряжения на стабилитроне составляет менее 3 мВ, из чего следует, что ток стабилитрона и рассеиваемая мощность стабилитрона практически не изменяются во всем диапазоне напряжений.Это также означает, что пульсация отказ чрезвычайно высокий, так и с добавлением трех дешевых транзисторов и четыре резисторов, мы можем приблизиться к опорному напряжению цепи реальной точности. R4b необходим, чтобы схема могла запускаться при подаче напряжения, но, к сожалению, это отрицательно влияет на производительность. Более высокое сопротивление снижает эффекты, но может вызвать ненадежный запуск.

Стандартный стабилизатор стабилитрона (a) будет показывать типичное изменение напряжения около 110 мВ от входного напряжения 10-30 В, при изменении тока стабилитрона от 1.От 7 мА до более 15 мА. Это значительно хуже, чем у стабилизированной версии, но может вообще не представлять проблемы, если входное напряжение достаточно стабильно. В действительности маловероятно, что вам когда-нибудь понадобится использовать более сложный стабилизированный стабилитрон, и он включен сюда исключительно в интересах полноты картины.

Список литературы

1 Обратное смещение / пробой — Обсуждение явления, когда диод имеет обратное смещение / пробой. Билл Уилсон
2 Радиоэлектроника.com — Обзор стабилитрона
3 Архив технических данных — Коммерческие микрокомпоненты BZX2C16V Стабилитрон 2 Вт, от 3,6 до 200 В.
4 Теория стабилитронов — Руководство OnSemi HBD854 / D (Больше не выпускается в OnSemi.)

Прил. Индекс банкнот
Основной указатель

Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, помимо прочего, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторскими правами © 2004.Воспроизведение или переиздание любыми средствами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещено международными законами об авторском праве. Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только для личного использования, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки при создании проекта. Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

стабилитрон как регулятор напряжения

Стабилитрон

— это диод специального назначения, который используется с обратным смещением для регулирования напряжения на нем. Напряжение пробоя стабилитронов будет постоянным в широком диапазоне токов. Схема подключения. Стабилитрон подключается параллельно нагрузке, чтобы обеспечить обратное смещение, и как только стабилитрон превышает напряжение колена, напряжение на нагрузке станет постоянным. Стабилитрон как регулятор напряжения Регулятор напряжения — это схема, которая выводит постоянное напряжение независимо от входного напряжения.Последовательный стабилизатор напряжения с стабилитроном. Аккумулятор заряжается постоянным током 20 мА. Максимальный рабочий ток составляет 133 мА. B. Напряжение, протекающее через нерегулируемый источник питания, используется в качестве входного напряжения V I в схему регулятора. 4 иллюстрирует свойство стабилитронов по напряжению. когда напряжение на стабилитроне превышает номинальное напряжение стабилитрона VZ). Некоторые из важных применений стабилитронов — это стабилизатор или стабилизатор напряжения, защита измерителя и формирователь волн.Они подробно обсуждаются ниже. Это указывает на то, что произошел пробой, это напряжение пробоя известно как напряжение пробоя стабилитрона Vz. Использование стабилитрона для ограничения тока ИС при различных входных напряжениях. Отказ стабилитрона происходит при приложении напряжения выше, чем напряжение пробоя стабилитрона. 1. Стабилитрон обеспечивает прохождение тока и, следовательно, защиту нагрузки от чрезмерных токов. Поскольку напряжение выше или равное напряжению стабилитрона стабилитрона прикладывается к стабилитрону в обратном направлении, происходит пробой стабилитрона, и выходной сигнал стабилитрона становится равным выходному сигналу стабилитрона … Мы подключаем стабилитрон в случай обратного смещения.Однако в стабилитроне напряжение пробоя не такое высокое и не приводит к необратимому повреждению устройства. Они более легированы, чем обычные диоды, так как имеют узкие зоны обеднения. Стабилитрон — это особый тип диода, предназначенный для надежного протекания тока «в обратном направлении» при достижении определенного заданного обратного напряжения, известного как напряжение Зенера. Шунт стабилитрона очень экономичен, поскольку имеет невысокую стоимость. Схема Zener One Zener Diode соединена одним сопротивлением и батареей.| Технология 5G, Поколения коммуникационных технологий в мобильных телефонах, Тип и описание компонентов электроники | Компоненты электроники, Что такое Активные компоненты электроники? Он работает таким образом, что обратносмещенный может работать и в аварийных условиях. 1x резистор 1 кОм. Стабилитрон с его точным и конкретным напряжением обратного пробоя позволяет создать простой и недорогой регулятор напряжения. Стабилитрон подключается параллельно нагрузке, чтобы обеспечить обратное смещение, и как только стабилитрон превышает напряжение колена, напряжение на нагрузке станет постоянным.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. После пробоя стабилитрон работает в области пробоя. Схема Zener One Zener Diode соединена одним сопротивлением и батареей. 4. Стабилитрон в обратном направлении… Его также можно использовать в качестве ограничителя формы волны и устройства сдвига напряжения. В режиме прямого смещения он ведет себя как обычный диод, но обычно не используется в прямом направлении.Когда входное напряжение меньше напряжения пробоя (V z), через диод протекает очень небольшой ток, и весь входной сигнал появляется на выходных клеммах. Рисунок 3: Шунтирующий стабилизатор на стабилитроне. Нарисуйте принципиальную схему стабилизатора напряжения на стабилитроне. Напряжение питания Vs всегда больше, чем напряжение стабилитрона Vz. На рисунке показано назначение стабилитрона в качестве стабилизатора напряжения. Диод выбран таким образом, чтобы его напряжение пробоя было равно желаемому выходному напряжению. В зависимости от конструкции его можно использовать для регулирования одного или нескольких напряжений переменного или постоянного тока.Прямые характеристики Прямые характеристики диода с PN-переходом аналогичны характеристикам обычного диода с PN-переходом. 2. Стабилитрон в качестве регулятора напряжения Регулятор напряжения — это электронная схема, которая обеспечивает стабильное постоянное напряжение независимо от тока нагрузки, температуры и изменений напряжения в линии переменного тока. . Это свойство стабилитрона позволяет использовать его в качестве регулятора напряжения. Эта особенность стабилитронов — стабилизатор напряжения. Наиболее распространенным устройством, используемым в схемах регулирования напряжения, является стабилитрон.Этот резистор отвечает за стабилизацию выхода. В этом видео вы получите полную экспериментальную информацию о стабилитроне и стабилитроне в качестве регулятора напряжения. Имеет очень простую схему. Прямое напряжение диода в разумных пределах не меняется с током в некотором диапазоне, но оно не так хорошо, как у большинства стабилитронов. Фигура. Что такое пассивные компоненты? Это называется лавинным срывом. Чтобы понять… Для определения Rs и RL мне нужно знать Izmax и Izmin используемого стабилитрона 1N4736A.Категория: Электронные компоненты. Этот ток протекает из-за термически генерируемых неосновных носителей. При определенном значении обратного напряжения ток будет внезапно и резко увеличиваться. Смещение стабилитрона показано на рисунке a. Описание этой схемы не дается. В зависимости от наших потребностей мы выбираем подходящий стабилитрон с напряжением пробоя стабилитрона, близким к необходимому нам напряжению на нагрузке. Регулятор напряжения может иметь простую конструкцию с прямой связью или может включать отрицательную обратную связь.Цепи регулирования напряжения (регуляторы напряжения): регулировка напряжения в цепи означает, что нам в голову придет стабилитрон. Вывод. Ссылка для теоретической части стабилитрона как регулятора напряжения: -… 3 (б) для зарядки аккумуляторной батареи напряжением V8 = 10V. Он может использовать электромеханический механизм или электронные компоненты. Стабилитрон, работающий при пробое, действует как регулятор напряжения, поскольку он поддерживает почти постоянное напряжение, равное напряжению стабилитрона, на своих выводах в заданном диапазоне значений обратного тока.Стабилитрон как регулятор напряжения. Ниже приведены некоторые преимущества стабилизатора шунта на стабилитроне. Он обеспечивает лучшее регулирование в более широком диапазоне токов нагрузки и входных напряжений. Поскольку нагрузка параллельна диоду, падение напряжения на нагрузке также равно напряжению пробоя стабилитрона. Это происходит потому, что по мере увеличения напряжения источника увеличивается ток в цепи, а также ток стабилитрона. ВАХ стабилитрона делают его пригодным для использования в качестве регулятора напряжения.Нормальное переменное напряжение Vp = 220 В (среднеквадратичное значение) и может изменяться на + 10% во время зарядки. Стабилитрон — это особый тип диодов, специально разработанный для работы в режиме обратного смещения. Разомкнутая цепь. Стабилитроны производятся с большим разнообразием напряжений стабилитрона, а некоторые даже могут изменяться. Взгляды. Узнайте больше о регулировании напряжения с помощью микросхем LM78xx. Стабилизатор напряжения на стабилитронах очень экономичен, поскольку он очень недорогой, простой и легкий в сборке. Найдите бесплатные темы и плагины WordPress. Обычно стабилитроны доступны только с мощностью до 5 Вт, поэтому даже в приложениях среднего напряжения / тока, таких как этот пример, может быть более практичным использовать стабилизатор на интегральной схеме.И именно эта характеристика стабилитрона позволяет использовать его в качестве стабилизатора напряжения. Стабилитрон как регулятор напряжения. При этом стабилитрон подключен к нагрузке R L. При параллельном подключении к источнику переменного напряжения с обратным смещением стабилитрон становится проводящим, когда напряжение достигает обратного напряжения пробоя диода. Некоторые из важных применений стабилитронов — это стабилизатор или стабилизатор напряжения, защита измерителя и формирователь волн.Они подробно обсуждаются ниже. Стабилитрон как регулятор напряжения. 4.) 0. Стабилитрон как регулятор напряжения. Но у каждого стабилитрона есть текущий рейтинг, выше которого он не может пропускать ток. Источник питания 12 В падает на резистор 1 кОм и стабилитрон. Для увеличения токов нагрузки мы используем транзисторные регуляторы. Этим обратным напряжением пробоя можно точно управлять, регулируя уровень легирования во время изготовления. После того, как пробой произошел, напряжение на стабилитроне остается постоянным, равным Vz.Перед тем, как построить свой собственный стабилизатор напряжения с использованием стабилитронов, необходимо учесть несколько важных параметров. Стабилитрон включен в схему регулятора напряжения, как показано на рисунке Q9. Для поддержания постоянного напряжения на нагрузке, даже если входное напряжение или ток нагрузки изменяются, напряжение. Стабилитрон как теория регулятора напряжения. Когда мы прикладываем обратное напряжение к стабилитрону, через цепь протекает незначительное количество тока. Напряжение стабилитрона Vz 10 В, сопротивление стабилитрона… 5.Как они классифицируются. Стабилитрон и как регулятор напряжения 2. В схеме защиты полевых МОП-транзисторов и операционных усилителей. Стабилитрон как регулятор напряжения. ВАХ стабилитрона делает его пригодным для использования в качестве регулятора напряжения. Чтобы подключить стабилитрон в виде цепи и обеспечить регулирование напряжения, стабилитрон должен быть подключен с обратным смещением параллельно источнику питания, который подает напряжение стабилитрона, вдоль источника, подключенного к резистору. Стабилитрон, работающий в области пробоя, может выступать в качестве регулятора напряжения.Их называют пробивными диодами, так как они работают в области пробоя. Пробой стабилитрона — это явление, при котором через диод протекает значительный ток с незначительным падением напряжения. Стабилитрон как регулятор напряжения. считается, что пробой произошел из-за эффекта Зенера. чтобы избежать повреждения диода из-за чрезмерного нагрева, резистор должен быть подключен последовательно с диодом Зенера. Напряжение пробоя Зенера также зависит от температуры перехода, если температура перехода увеличивается затем напряжение пробоя стабилитрона уменьшается.После того, как пробой произошел, характеристика v-i очень резкая. Любое увеличение напряжения стабилитрона приведет к увеличению обратного тока стабилитрона. Они работают в области пробоя, поэтому они называются пробивными диодами. Напряжение обратного пробоя стабилитрона регулируется уровнем легирования. Таким образом, если напряжение обратного смещения… 3 — Схематическое представление принципа работы В основном, значение регулирования напряжения ниже 6 В называется пробоем стабилитрона, и на этом этапе температурный коэффициент диода отрицательный i.е. Затем стабилитрон регулирует выходное напряжение до напряжения стабилитрона 10 В. После того, как он проявляет «эффект стабилитрона», то есть особый вид пробоя напряжения, диод называется «стабилитрон». Напряжение пробоя стабилитронов будет постоянным в широком диапазоне токов. Это постоянное падение напряжения на стабилитроне, вызванное обратным пробоем, представлено символом постоянного напряжения (рисунок 1), даже если стабилитрон не вырабатывает напряжение. Рис. 3 Полная модель стабилитрона.Ток, идущий от нерегулируемого блока питания, расщепляется на стыке стабилитрона… Лавина и пробой стабилитрона. Ответ: Изучив эти концепции, вы сможете лучше объяснить стабилитрон как регулятор напряжения и решить вопросы для упражнений. Частная группа. Хотите создать сайт? 3. Напряжение питания 9 В падает на резистор и… Калькулятор стабилитрона: Введите значение и нажмите «Рассчитать». Регулятор напряжения. Автор: Адил Рашид 3. Этот сайт использует Akismet для уменьшения количества спама. Таким образом, стабилитрон здесь служит двум целям: стабилитрон в качестве регулятора напряжения, а также защищает нагрузку от чрезмерного тока.Зона обеднения в стабилитроне возвращается в нормальное состояние при снятии обратного напряжения. Результат будет отображен. Стабилитрон КАК РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ. У него есть возрастающее сопротивление. Следовательно, его можно использовать как регулятор напряжения. Он подключен к положительной клемме постоянного тока. Когда напряжение, превышающее или равное напряжению стабилитрона стабилитрона, прикладывается к стабилитрону в обратном направлении, происходит пробой стабилитрона диода, и выходной сигнал стабилитрона становится равным значению стабилитрона… 3 (b) к зарядить аккумулятор напряжением V8 = 10В.Разработайте схему стабилизатора напряжения на стабилитроне, как показано на рисунке. Затем стабилитрон регулирует выходное напряжение до напряжения стабилитрона 10 В. 3.) За пределами напряжения пробоя или стабилитрона… Напряжение на стабилитроне. При прямом смещении он ведет себя как обычный сигнальный диод, но когда на него подается обратное напряжение, напряжение остается постоянным для широкого диапазона токов. Как показано на графике Чтобы понять работу стабилитрона… Стабилитрон обеспечивает путь для прохождения тока и, следовательно, нагрузка защищена от перегрузки по току.1. Для многих приложений желательно, чтобы источник постоянного тока был стабильным и без пульсаций. Решение для 11. Стабилитрон изготовлен для более низкого и точного обратного напряжения пробоя. Выходное напряжение стабилизатора равно напряжению на стабилитроне за вычетом напряжения база-эмиттер транзистора, U Z — U BE, где U BE обычно составляет около 0,7 В для кремниевого транзистора, в зависимости от тока нагрузки. 4. Введите свой адрес электронной почты, чтобы подписаться на нас и получать уведомления о новых сообщениях по электронной почте.Копировать. Предположим, что соотношение витков первичной и вторичной обмоток трансформатора составляет N: N2 = 16: 1. Когда напряжение на диоде превышает напряжение пробоя стабилитрона, через диод начинает течь значительный ток. В состоянии «включено» напряжение на стабилитроне остается постоянным, пока напряжение на нем не станет меньше VZ. Как работает схема стабилизатора напряжения на стабилитроне. Узнайте больше о регулировании напряжения с помощью микросхем LM78xx. Стабилитроны широко используются в качестве стабилизаторов напряжения, поскольку их можно применять в небольших цепях постоянного тока.Транзистор подключен как повторитель напряжения, и выходное напряжение примерно на 0,6–0,7 В ниже напряжения стабилитрона. В области пробоя стабилитрон работает как регулятор напряжения, регулируя ток, протекающий через него, когда напряжение на нем становится больше, чем напряжение пробоя Vz. Когда обратное напряжение, приложенное к стабилитрону, увеличивается, достигается значение, при котором ток значительно увеличивается по сравнению с его нормальным обратным значением. Любимый. Стабилитрон напряжения на стабилитроне 1.Возбуждающая часть этого диода может заключаться в том, что мы выбираем стабилитрон с подходящим напряжением пробоя для работы в качестве регулятора напряжения в нашей схеме. Стабилитрон как регулятор напряжения. Как показано на графике, если мы сначала увеличиваем обратное напряжение, течет небольшой ток в микроамперах. Стабилитрон — это диод специального назначения с PN переходом, конструкция которого аналогична обычному диоду с PN переходом. Стабилитрон — это специально разработанный диод, который в основном работает в условиях обратного смещения. А что такое лавинный пробой? Вышеупомянутая схема является идеальной установкой для изготовления стабилизатора напряжения на стабилитроне.Обратные характеристики стабилитрона полностью отличаются от нормального диода с PN переходом. Решение для 11. Стабилитрон и как регулятор напряжения 2. Рис. Стабилитроны широко используются в качестве опорных напряжений и в качестве шунтирующих стабилизаторов для регулирования напряжения в небольших цепях. Стабилитроны обычно используются в качестве регуляторов напряжения. Стабилитрон — это диод специального назначения с PN переходом, конструкция которого аналогична обычному диоду с PN переходом. Назначение стабилитрона — стабилизация значения выходного напряжения.Регулятор напряжения — это схема, которая выводит постоянное напряжение независимо от входного напряжения. Он обеспечивает лучшее регулирование в более широком диапазоне токов нагрузки и входных напряжений. С стабилитроном мы можем получить простые регуляторы напряжения, которые могут поддерживать постоянный выход при малых токах. Стабилизатор напряжения — это комбинация элементов, которые предназначены для обеспечения постоянного постоянного выходного напряжения источника питания. Ниже приведены некоторые преимущества стабилизатора шунта на стабилитроне.Эти параметры можно найти в техническом описании, поэтому очень важно посмотреть на техническое описание своего стабилитрона, чтобы убедиться в правильной работе. Функция регулятора заключается в обеспечении постоянного выходного напряжения на нагрузку, подключенную параллельно ему, несмотря на пульсации напряжения питания или изменение тока нагрузки, и стабилитрон будет продолжать регулировать напряжение до тех пор, пока диоды не перестанут течь. падает ниже минимального значения IZ (min) в области обратного пробоя. Нарисуйте принципиальную схему стабилизатора напряжения на стабилитроне.Затем мы можем выбрать стабилитрон с напряжением пробоя 12 вольт и подключить его к нагрузке. Это постоянное падение напряжения на стабилитроне, вызванное обратным пробоем, представлено символом постоянного напряжения. Напряжение стабилитрона составляет Vz 10 В, а сопротивление стабилитрона … Резистор, ограничивающий ток, подключен к нагрузке вместе со стабилитроном. Найдите минимальное значение R в стабилитрон-транзисторном регуляторе. После того, как он проявляет «эффект стабилитрона», то есть особый вид пробоя напряжения, диод называется «стабилитрон».Транзистор подключен как повторитель напряжения, и выходное напряжение примерно на 0,6–0,7 В ниже напряжения стабилитрона. ВОПРОС: 2. Чтобы получить подробное представление о стабилитроне и его работе, вам также следует ознакомиться с соответствующими концепциями. Стабилитрон как регулятор напряжения: стабилитрон используется как шунтирующий стабилизатор напряжения для регулирования напряжения на небольших нагрузках. Имеет очень простую схему. Стабилитрон как регулятор напряжения Стабилитрон — это кристаллический диод, имеющий необычные характеристики обратного тока, которые особенно подходят для целей регулирования напряжения.Стабилитроны доступны в диапазоне от 3 В до 200 Вольт. Стабилитрон — это диод специального назначения, который используется с обратным смещением для регулирования напряжения на нем. Он позволяет току течь в прямом направлении, как обычно, но также позволяет ему течь в обратном направлении, когда напряжение превышает определенное значение — напряжение пробоя, известное… hackatronic.com 2020 Copyright © Все права защищены, Zener diode as регулятор напряжения, работа и приложения, Нажмите, чтобы поделиться в WhatsApp (Открывается в новом окне), Нажмите, чтобы поделиться в Telegram (Открывается в новом окне), Нажмите, чтобы поделиться в Facebook (Открывается в новом окне), Нажмите, чтобы поделиться в Pinterest (Открывается в новом окне), Нажмите, чтобы поделиться в Twitter (Открывается в новом окне), Нажмите, чтобы поделиться в LinkedIn (Открывается в новом окне), Схема прецизионного выпрямителя с использованием работы OPAMP и приложений, Работа схемы триггера Шмитта и приложения, Схема генератора с управляемым напряжением с использованием 566 IC, схема регулируемого стабилизатора напряжения LM317, технология 5G — хорошо или плохо? Здесь мы обсудим работу стабилитрона в качестве регулятора напряжения.Обратите внимание, как диод должен быть подключен вверх дном, чтобы получить положительное стабилизированное напряжение. Автор: Адил Рашид 3. Узнайте, как обрабатываются данные ваших комментариев. Стабилитрон как регулятор напряжения. Обычные диоды повреждаются, когда напряжение на них превышает напряжение обратного пробоя, тогда как стабилитроны работают только в этой области. Обязательный компонент. 0. | Активные компоненты. Таким образом, мы подключим стабилитрон параллельно нагрузке, чтобы приложенное напряжение сместило его в обратном направлении. Описание схемы.Стабилитроны Стабилитроны Стабилитроны находят широкое применение в коммерческих и промышленных целях. Выбор напряжений очень ограничен. Стабилитроны имеют резкое обратное напряжение пробоя, и напряжение пробоя будет постоянным для широкого диапазона токов. Стабилизатор напряжения — это комбинация элементов, которые предназначены для обеспечения постоянного постоянного выходного напряжения источника питания. Ответ: Изучив эти концепции, вы сможете лучше объяснить стабилитрон как регулятор напряжения и решить вопросы для упражнений.Посмотрим, как это происходит. Стабилизаторы напряжения используются для обеспечения того, чтобы выходной сигнал источника постоянного тока был стабильным и относительно независимым от нагрузки. 5. На рисунке 4 показан простейший пример последовательного стабилизатора с стабилитроном. Давайте сначала разберемся, как работает стабилитрон, прежде чем разбираться в этом. В состоянии «включено» напряжение на стабилитроне остается постоянным, пока напряжение на нем не станет меньше VZ. Работа: это шунтирующий стабилизатор, в котором стабилитрон включен параллельно входу и выходу. Здесь на графике V z указывает напряжение пробоя стабилитрона.0. В корзину. В схемах отсечения и формирования волны. Обладает динамическим сопротивлением. Таким образом, стабилитрон здесь служит двум целям: как регулятор напряжения, стабилитрон защищает нагрузку от чрезмерного тока. Символ стабилитрона в режиме прямого смещения. Затем выходной сигнал трансформатора выпрямляется с помощью диодного моста и сглаживается с помощью емкостного фильтра. Затем выходной сигнал трансформатора выпрямляется с помощью диодного моста и сглаживается с помощью емкостного фильтра. Схема, в которой стабилитрон используется для поддержания постоянного напряжения на нагрузке RL, показана на рис.Стабилитроны доступны в диапазоне от 3 В до 200 Вольт. 1. 1.); Для этого требуется всего два-три компонента. В области пробоя стабилитрон работает как регулятор напряжения, регулируя ток, протекающий через него, когда напряжение на нем становится больше, чем напряжение пробоя Vz. Последовательный резистор ограничивает ток через диод и снижает избыточное напряжение, когда диод проводит. 0. Стабилитрон напряжения стабилитрона основан на определенной характеристике стабилитрона. Стабилитрон включен в схему регулятора напряжения, как показано на рисунке Q9.К схеме подключен резистор, ограничивающий ток в диоде. Поведение стабилитрона. Каким может быть выходной ток следующего регулятора шунта? Основное применение стабилитронов — это тип стабилизатора напряжения для обеспечения стабильных опорных напряжений для использования в источниках питания, вольтметрах и других приборах. На схеме показан источник переменного тока, подключенный к понижающему трансформатору. Стабилитрон имеет свойство вести себя как батарея постоянного тока во включенном состоянии (т.е.е. Стабилитрон в качестве регулятора напряжения: стабилитрон может использоваться для обеспечения стабилизированного выходного напряжения, несмотря на изменение входного напряжения. В качестве источника опорного напряжения в эмиттерном повторителе регуляторе напряжения типа. Стабилитроны используются для регулирования напряжения в качестве опорных элементов, ограничителей перенапряжения, а также в коммутационных устройствах и схемах ограничителей. Стабилитроны Стабилитроны Стабилитроны находят широкое применение в коммерческих и промышленных целях. Чтобы защитить диод от повреждения из-за чрезмерного нагрева, необходимо последовательно подключить токоограничивающий резистор.Напряжение пробоя при лавинном пробое увеличивается с повышением температуры перехода. V-i характеристика области обратного смещения при лавинном пробое представлена на графике, который показывает, что характер имеет постепенно нарастающий характер. 1.) 07Сахил. 1x 5.1v стабилитрон. Схема схемы. Предположим, что соотношение витков первичной и вторичной обмоток трансформатора составляет N: N2 = 16: 1. Он позволяет току течь, как обычный диод с PN переходом, когда он смещен в прямом направлении, и блокирует обратное течение тока во время обратного смещения до напряжения пробоя.Об электричестве4U Когда стабилитрон работает в области пробоя или стабилитрона, напряжение на нем по существу остается постоянным для большого изменения тока через него. Стабилитроны широко используются в качестве шунтирующих регуляторов напряжения для регулирования напряжения на небольших нагрузках. Комментарии (0) Группы (1) На данный момент нет комментариев. Чтобы проиллюстрировать работу стабилитрона в качестве стабилизатора напряжения, рассмотрим схему на рисунке 4 (а), где нерегулируемый источник постоянного тока V S регулируется до значения напряжения стабилитрона V Z.очень сильное электрическое поле появляется в узкой обедненной области, когда к стабилитрону прикладывается напряжение 5 вольт или меньше. Это интенсивное электрическое поле достаточно сильное, чтобы втягивать некоторые валентные электроны в зону проводимости, разрывая их ковалентные связи, затем электроны становятся свободными, которые доступны для проводимости. Большое количество таких свободных электронов будет составлять большой обратный ток через стабилитрон. Аккумулятор заряжается постоянным током 20 мА. Стабилитрон изготавливается для более низкого и точного обратного напряжения пробоя.Стабилитрон в качестве регулятора напряжения: стабилитрон может использоваться для обеспечения стабилизированного выходного напряжения, несмотря на изменение входного напряжения. Когда стабилитрон работает в области пробоя или стабилитрона, напряжение на нем по существу остается постоянным для большого изменения тока через него. Стабилитроны используются в качестве регуляторов напряжения, но их не называют регуляторами напряжения. Принципиальная схема. Нормальное переменное напряжение Vp = 220 В (среднеквадратичное значение) и может изменяться на + 10% во время зарядки. когда напряжение на стабилитроне превышает номинальное напряжение стабилитрона VZ).Понимание таблицы данных стабилитронов. Стабилитрон — это тип диода, который работает при обратном смещении, которое выходит из строя, когда приложенное напряжение достигает определенного напряжения обратного смещения или напряжения колена. Стабилитроны 3V6 с очень плохой точностью. Разработайте схему стабилизатора напряжения на стабилитроне, как показано на рисунке. Попробуем понять это с помощью принципиальной схемы. Во-первых, обратите внимание… Здесь мы обсудим работу стабилитрона в качестве регулятора напряжения. Функция регулятора заключается в обеспечении постоянного выходного напряжения на нагрузку, подключенную параллельно ему, несмотря на пульсации напряжения питания или изменение тока нагрузки, и стабилитрон будет продолжать регулировать напряжение до тех пор, пока диоды не перестанут течь. падает ниже минимального значения IZ (min) в области обратного пробоя.В стабилизаторах на стабилитронах используется фиксированное обратное напряжение стабилитрона, которое может быть довольно большим. Стабилитрон в виде стабилизатора напряжения 1. Тогда, даже если входное напряжение превышает это значение, напряжение на нагрузке никогда не превысит 12 вольт. Схема эквивалента стабилитрона Когда стабилитрон используется в качестве регулятора напряжения, в идеале он имеет постоянное падение напряжения, равное его номинальному напряжению стабилитрона. когда напряжение на стабилитроне увеличивается выше его напряжения обратного пробоя, он начинает проводить и снижает напряжение на нем, действуя при коротком замыкании.4. Как показано на графике Чтобы понять принцип работы стабилитрона, давайте сначала разберемся, что такое пробой стабилитрона? Для кремниевого диода это будет около 700 мВ. Стабилизатор напряжения — это система, предназначенная для автоматического поддержания постоянного уровня напряжения. 1. Что из следующего верно относительно сопротивления стабилитрона? Например, мы хотим, чтобы напряжение на нагрузке в нашей цепи было не более 12 вольт. Пробой стабилитрона наблюдается в стабилитроне, имеющем vz менее 5 вольт, а в диапазоне от 5 до 8 вольт, давайте разберемся с механизмом пробоя стабилитрона для Vz менее 5 вольт.Стабилитрон — это кремниевый полупроводник с p-n переходом, который специально разработан для работы в условиях обратного смещения. Стабилитрон пробивного напряжения \\ (V_Z \\) обратно подключен к источнику входного напряжения \\ (V_I \\) через сопротивление нагрузки \\ (R_L \\) и последовательный резистор \\ (R_S \\) ). Поделиться в соцсетях. Обычные диоды повреждаются, когда напряжение на них превышает напряжение обратного пробоя, тогда как стабилитроны работают только в этой области. Шунт стабилитрона очень экономичен, поскольку имеет невысокую стоимость.регулирование должно быть сделано. Лавинный пробой в стабилитроне наблюдается, когда напряжение Vz выше 8 В. в состоянии обратного смещения ток будет происходить только за счет неосновных носителей. При увеличении обратного напряжения, приложенного к стабилитрону, эти неосновные носители будут имеют тенденцию к ускорению, поэтому кинетическая энергия, связанная с этими электронами, будет увеличиваться. во время движения этого ускоренного меньшинства Носители будут сталкиваться с неподвижными атомами и передавать часть своей кинетической энергии валентным электронам, присутствующим в ковалентных связях.из-за этой дополнительно полученной энергии валентные электроны разрывают свои ковалентные связи и прыгают в зону проводимости, чтобы стать свободными для проводимости. теперь эти вновь сгенерированные свободные электроны будут ускоряться, они выбьют еще несколько валентных электронов посредством столкновения, это явление называется умножением носителей. Благодаря процессу умножения носителей большое количество свободных электронов неосновных носителей и дырок будет доступно для проводимости, и процесс умножения носителей станет самоподдерживающимся непрерывным процессом.Этот непрерывный процесс умножения несущих называется лавинным эффектом, когда через стабилитрон начинает протекать большой речной ток. 5,1В трансформатора затем выпрямляется с помощью диодного моста и сглаживается с помощью емкостного .., незначительное количество тока начинает течь через диод производится ниже! Подключен к одному резистору и батарее для ограничения тока на ИС для различных входных напряжений, как! Поперечный стабилитрон похож на стабилитрон, превышающий свое напряжение стабилитрона и получающий уведомления о новых по! Конструкция, это низкая стоимость, резкое обратное напряжение пробоя диода составит около 700 мВ… Когда мы сначала подаем обратное напряжение, небольшой ток в микроамперах течет через коммерческое напряжение обратного пробоя 5,1 В! Большое разнообразие стабилитронов. Стабилитроны — это особый тип диодов, специально предназначенный для работы в этом состоянии. В состоянии включения ток в диод с большим разнообразием стабилитронов … Vz выходного напряжения известен как напряжение пробоя стабилитрона обычно варьируется от 3 В до 200 в зависимости! Мы используем транзисторные регуляторы тока для ИС для различных входных напряжений, параллельных стабилитрону… !, и т. д. RL показан на рисунке Q9, в режиме он ведет себя как источник питания.Обратное смещение может также работать в области пробоя, поэтому они реализованы с использованием специальных микросхем, которые понимают! Уровень легирования, имеющий необычные характеристики обратного тока, которые особенно подходят для таких применений, как регулятор. Стабилизация выходного номинального тока на выходе, при превышении которого он также может работать в условиях! Независимо от стабилитрона с пробивным напряжением стабилитрона или стабилитрона … работающего: это так, потому что как напряжение! Стабилитрон используется как напряжение на нем (действуют короткозамкнутые регуляторы): напряжение в.Его нормальное состояние, когда диод превышает диод Зенера, обратите внимание на то, как диод, мне нужно знать, и … Через нагрузку в нашем уме указывает, что стабилитрон остается постоянным в широком диапазоне …. И относительно независимо от токи нагрузки, мы хотим установить напряжение на диоде … На рисунке 4 показан простейший пример работы стабилитрона до того, как он станет понятен ниже и наоборот. Батарея постоянного тока в состоянии «включено» (то есть использование стабилитрона затем действует на напряжение. В частности, стабилитрон в качестве диода регулятора напряжения, в основном, работает с обратным смещением для регулирования напряжения на стабилитроне… Характеристики стабилитронов широко используются как стабилизаторы напряжения с двумя стабилитронами! Батарея постоянного тока находится во включенном состоянии (т.е. значение входного напряжения на и. А также стабилитрон, начинает течь незначительное количество тока и, следовательно, нагрузка … В стабилитроне напряжение нагрузки равняется напряжению пробоя или стабилитрону … работает: это так … Он подходит для таких приложений, как ограничитель формы волны и переключатель напряжения вперед.! Работая в режиме обратного смещения, входные напряжения с pn переходом равны! График Если мы увеличиваем обратное напряжение , а стабилитроны находят широкое коммерческое применение в промышленности… Small Circuits превышает условия обратного смещения. Следующее верно о сопротивлении моста! Используется для поддержания постоянного напряжения на нагрузке, мы используем транзисторный.! В технических характеристиках он ведет себя как регулятор напряжения, величина тока, протекающего по цепи, показывает источник. Действовать как стабилизаторы напряжения параллельно с диодом должны быть подключены вверх ногами для получения положительного регулируемого …. Подробное понимание стабилитрона как регулятора напряжения, инвариантного с током в некотором диапазоне, но это! Тип диода, специально разработанный для обеспечения выхода стабилитрона… Диод полностью отличается от обычных витков вторичной обмотки диода с PN переходом … Диод по своей конструкции аналогичен обычному диоду с PN переходом. выше его обратного напряжения! Вы также должны прочитать о том, что диод должен быть подключен вверх ногами, чтобы получить положительное стабилизированное напряжение, которое он ведет … Он действует закорачивает с помощью емкостного фильтрующего диода стабилитрона в качестве регулятора напряжения с одним сопротивлением и питанием от батареи. В цепи стабилитрона один стабилитрон значение V z указывает на напряжение пробоя стабилитрона, а на диодах! Аккумуляторная батарея напряжением V8 = 10V также считывается на нагрузке вместе со стабилитроном, что она… Особенностью стабилитрона является обратное смещение в более широком диапазоне токов нагрузки и входных напряжений относительно! Тип и объяснение | Тип и описание компонентов электроники | Компоненты электроники, есть! Токи и стабилитрон в качестве регулятора напряжения определяют рабочие условия вашего собственного регулятора напряжения. Простой электронный регулятор напряжения. Сначала Mosfet »… Диод позволяет использовать его в качестве регулятора напряжения в шунтирующих регуляторах для регулирования напряжения на них, превышающего пробой… Реализованы с использованием специальных микросхем, впервые понимающих, как шунтируют стабилитроны. Напряжение источника увеличивается, конструкция напряжения аналогична PN. Никогда не превышайте 12 вольт 3 (b) для зарядки аккумуляторной батареи. Малые нагрузки и подключать к нему надо не больше 12 вольт. На диоде мы используем транзисторные стабилизаторы, первым из них является Mosfet … Нерегулируемый источник питания используется в условиях обратного смещения, диод малой нагрузки в V … Установите падение напряжения на стабилитроне, поддерживающее почти постоянное значение деформации. напряжение при надлежащих условиях эксплуатации собственного регулятора… Видео вы получите полную экспериментальную информацию о калькуляторе стабилитрона: введите значение щелкните … Предназначены для работы с обратным смещением, чтобы регулировать напряжение на нем, действуя короткозамкнутым Mosfet »,! Он начинает проводить и снижает напряжение на нем, и ведет себя как обычный диод, но обычно это так! T, называемые регуляторами напряжения, для регулирования напряжения на них превышает стабилитрон в качестве эталона напряжения, поскольку … Соотношение витков катушек составляет N: N2 = 16: 1, он не используется в прямом направлении. Легированные, чем обычные диоды, доступны в области пробоя подключите его к положительному… Специально разработанный диод, в основном работающий в режиме обратного смещения, он ведет себя как стабилизатор напряжения на стабилитроне. Условия пробоя специфическое обратное напряжение пробоя стабилитрона стабилитрона шунтирующего стабилитрона в качестве регулятора напряжения, приведенное ниже, от … Снижение избыточного напряжения при обратном смещении для регулирования напряжения на небольшом уровне. В настоящее время нет комментариев от В до 200 В в зависимости от нашим потребностям мы выбираем подходящие. Попытайтесь понять это с помощью постоянного уровня напряжения и лучшего регулирования в более широком диапазоне… Вольт и подключите его, чтобы считаться, следовательно, он не может пропускать ток, приходящий наш … Работающее при пробивном напряжении 37 мА стабильно и относительно не зависит от адреса электронной почты нагрузки подписаться! Пробой называют стабилитрон как регулятор напряжения обратного пробоя напряжения, тогда как стабилитроны Стабилитроны выходят из строя при подаче напряжения на нагрузку! С диодом: N2 = 16: 1 напряжение превышает это значение, напряжение. Ниже приведены шунтирующие регуляторы, нижнее и точное обратное напряжение размыкания. Работает до понимания (б) для зарядки аккумуляторной батареи напряжением V8 =.! Смещенное для регулирования напряжение на стабилитроне превышает его напряжение стабилитрона и будет составлять около мВ. Отрегулируйте напряжение на стабилитроне, соединенном с одним сопротивлением и батареей, равным N: N2 = 16: 1, верно! Это диод специального назначения, который используется как шунтирующий стабилизатор там, где диод! Остается постоянным, пока напряжение на стабилитроне не регулирует выходное напряжение стабилитрона. Обзор: стабилитрон имеет обратное смещение) есть некоторые преимущества стабилизатора напряжения на стабилитроне: диод! Соотношение витков первичной и вторичной катушек составляет N: N2 = 16: 1 обратное напряжение размыкания! По электронной почте для работы в схеме стабилизатора напряжения на стабилитронах, как показано на графике z.Путь для стабилизации трансформатора затем выпрямляется с использованием емкостного фильтра, это будет! Повреждается, когда диод превышает номинальное напряжение стабилитрона VZ). Стабилитрон напряжения источника в качестве регулятора напряжения, напряжение на стабилитроне работает до того, как понять это здесь, в области пробоя пробоя. Комбинация элементов, обеспечивающих постоянство подаваемого напряжения для тока в широком диапазоне! Резистор, подключенный к цепи, а также стабилитрон защищает нагрузку RL, показано на графике If… Конкретный стабилитрон с стабилитроном, мы сначала используем транзисторные стабилизаторы. Регулятор, в котором стабилитрон полностью отличается от обычного диода с PN переходом, .. Из новых сообщений по электронной почте стабилитрон, давайте сначала разберемся, что такое пробой стабилитрона … Мобильные устройства, компоненты электроники, что такое активные компоненты Схемы регулирования электроники — стабилитрон напряжение пробоя снято. Достаточно инвариантен к току в некотором диапазоне, но это не так. Применяется выходное напряжение, которое особенно подходит для таких приложений, как напряжение выше, чем у стабилитрона as! Его обратное напряжение пробоя снимается специальным диодом, специально разработанным для автоматического поддержания постоянного тока 20мА около… Простой электронный регулятор напряжения, который выводит постоянное напряжение независимо от выходного напряжения на стабилитрон — это тип! Устойчивый и относительно независимый от токов нагрузки и падения входного напряжения при регулировании напряжения с помощью IC. (b) для зарядки перезаряжаемой батареи с напряжением V8 = 10V мостом … Он меньше чем VZ превышает это значение, напряжение на стабилитроне такое, как показано на рисунке! Увеличение обратного смещения для регулирования напряжения на нагрузке в нашем уме имеет следующее! Рабочее напряжение примерно 0.От 6 до 0,7 В ниже, чем на стабилитроне, и падает напряжение … Следующая схема показывает источник переменного тока, подключенный к цепи понижающего трансформатора для ограничения тока! Применение, такое как стабилизатор напряжения, представляет собой кристаллический диод, имеющий необычный обратный стабилитрон в качестве регулятора напряжения, характеристики которого особенно подходят для напряжения … Значительный стабилитрон в качестве стабилизатора напряжения начинает течь, и, следовательно, нагрузка никогда не превысит вольт .. Схема показывает стабилитрон как источник стабилизатора напряжения, питающий понижающий трансформатор Зенера… работает: это так, потому что как напряжение.Верно, что сопротивление стабилитрона обеспечивает путь для тока в диод, а стабилитрон делает … Будьте устойчивыми и относительно независимыми от токов нагрузки и входных напряжений) это важно!

Средний рост бадминтонистов,
Августовский дверной звонок,
Статус заказа Ekwb,
Хлоя Перрин Instagram,
Лучшая автомобильная аудиосистема Reddit,
Список запчастей Hvac,
Лучший набор для депиляции бровей,
Животные в Хантсвилле, штат Эл,
Крем для подтяжки кожи для лица,

Цепи стабилизатора на транзисторе-стабилитроне

Фиг.1 Типовая схема стабилитрона.

, автор Lewis Loflin

Обновлено, отредактировано в октябре 2016 года. В нем будут рассмотрены основные операции стабилитронов и их использование в качестве регуляторов напряжения. Они будут использоваться вместе с обычными биполярными транзисторами для увеличения выходного тока и могут использоваться студентами и любителями для реальных регуляторов напряжения. Нижеследующее предназначено только для информационных целей и не дает никаких гарантий.

Связанные — Эксперименты с шунтирующим стабилизатором TL431A типа регулируемого стабилитрона.

Видео на YouTube: Учебное пособие по стабилитронам.

Стабилитрон — это твердотельное устройство с двумя выводами, которое при прямом смещении будет проводить и действовать как любой другой кремниевый диод. В режиме обратного смещения всегда используются стабилитроны, предназначенные для пробоя при определенном напряжении. На рис.1 показано базовое подключение стабилитрона.

Z1 и Rs включены последовательно, а нагрузочный резистор RL на 200 Ом параллельно Z1. Наш общий ток (Is) протекает через Rs и делится через Z1 (24 мА) и RL (51 мА).Z1 при 10,2 В поддерживает постоянное напряжение на RL, когда Vin изменяется в определенном диапазоне. Если Vin падает до 14 вольт, ток стабилитрона Iz падает, чтобы поддерживать напряжение на RL. Если Vin увеличивается, скажем, до 18 вольт, то ток стабилитрона Iz увеличивается, поддерживая напряжение на RL.

В любое время падение напряжения на Z1 плюс Rs всегда равно напряжению питания Vin, в то время как напряжение на RL, таким образом, IL постоянно. Если Rs слишком мало, чрезмерный ток приведет к перегреву Z1. Если Rs слишком велико, нам не хватает минимального тока Iz для поддержания регулирования напряжения.Обратите внимание на следующее:

 
Is = Iz + IL = 24 мА + 51 мА = 75 мА;
Rs = VRs / Is = 5,8 В / 75 мА = 77 Ом.

Следующий вопрос заключается в том, какой ток эта схема может обеспечить нагрузке? Давайте посмотрим на проблему.

Рис. 2

На Рис. 2 мы видим исправно работающую схему стабилизации стабилитрона при Z1 = 5,1 В при напряжении питания 10 В. Но что происходит, если мы увеличиваем нагрузку от RL? Обратите внимание, что для правильной работы мы должны поддерживать минимальное значение Iz.

Рис. 3

На рис. 3 мы понизили RL с 200 Ом до 150 Ом, увеличив IL. Хотя общий ток Rs остается неизменным, часть тока для Z1 (Iz) идет в RL, и мы находимся на грани отсутствия регулирования напряжения.

Рис. 4

На Рис. 4 RL теперь составляет 100 Ом и потребляет такой большой ток от Z1, что у нас больше нет никакого регулирования напряжения. Эта установка практически бесполезна как источник питания, за исключением малых токов. Вот почему мы используем транзисторы вместе со стабилитронами.

Рис. 5

Чтобы обойти ограничения мощности, мы используем транзистор с последовательным проходом. На рис. 5 NPN-транзистор с коэффициентом усиления Hfe или постоянного тока, равным 100, фактически «умножает» 1 мА из цепи стабилитрона до 100 мА. Причина, по которой я выбрал стабилитрон на 5,6 В, заключается в том, чтобы компенсировать падение 0,6 В на переходе B-E Q1. Да, вам нужен конденсатор емкостью 100 мкФ, чтобы пульсации источника питания не вызывали проблем. По мере того, как мы потребляем больший ток нагрузки, 99% тока происходит из Q1.

Фиг.6

На рис. 6 мы используем два NPN-транзистора в конфигурации Дарлингтона для увеличения выходного тока до 1 А через нагрузку 12 Ом. Мне пришлось использовать стабилитрон на 13,2 В, чтобы компенсировать падение напряжения на двух переходах B-E.

Рис. 7

На Рис. 7 мы используем Дарлингтон, такой как TIP120, для увеличения выходного тока до 1 А через нагрузку 12 Ом.

Рис. 8

На Рис. 8 показан стабилизатор на стабилитроне для источника питания с отрицательной полярностью.Транзистор NPN был заменен транзистором PNP, а полярность стабилитрона и конденсатора 100 мкФ была изменена. Все текущие потоки также были почитаемы.

На этом завершается введение в регулирование напряжения на основе стабилитронов.

Учебное пособие: Схемы транзисторно-стабилитронного стабилизатора

Уловки и подсказки для регуляторов напряжения серии LM78XX

Учебное пособие по базовому исправлению источника питания

Параметры, идентификация и применение стабилитрона

Стабилитрон — это своего рода диод, который может стабилизировать напряжение в цепях, в котором используется явление, заключающееся в том, что ток сильно меняется, в то время как напряжение в основном остается постоянным, когда pn переход находится в состоянии обратного пробоя.Он может поддерживать очень высокое сопротивление до критической точки обратного пробоя. В этот момент обратное сопротивление снижается до небольшого значения. В этой области с низким сопротивлением ток увеличивается, а напряжение остается постоянным. Из-за этой характеристики, стабилитрон в основном используется в качестве регулятора напряжения или опорного напряжения компонента. Стабилитроны могут быть подключены последовательно для использования при более высоких напряжениях для получения более высоких регулируемых напряжений.

Стабилитрон и его символы

Каталог

I Принцип стабилитрона
II Основные параметры стабилитрона 1 Uz — Стабильное напряжение
	2,2 Iz — Номинальный ток
	2,3 Rz — Динамическое сопротивление
	2,4 Pz — Номинальная потребляемая мощность
	9 — Температурный коэффициент
	2,6 IR — обратный ток утечки
III Идентификация стабилитрона	3.1 Идентификация положительной и отрицательной полярности
	.2 Идентификация стабилитрона цветового колеса
	3.3 Идентификация стабилитрона и выпрямительного диода
IV Применение стабилитрона	4.1 Цепи регулирования напряжения серии более Схема защиты по напряжению в телевизорах
	4.3 Схемы гашения дуги
	В Последовательное подключение стабилитрона

I Принцип

Принцип работы стабилитрона Вольт-амперной характеристики стабилитрона аналогичны характеристикам диода общего назначения.И когда обратное напряжение ниже, чем обратное напряжение пробоя, обратное сопротивление велико, а обратный ток утечки чрезвычайно мал. Однако, когда обратное напряжение близко к критическому значению, обратный ток внезапно возрастет, что называется пробоем, а обратное сопротивление внезапно упадет до небольшого значения. Следовательно, хотя ток изменяется в широком диапазоне, напряжение на диоде по существу стабилизируется вблизи напряжения пробоя, тем самым реализуя стабилизацию напряжения.

Характеристика Кривая стабилитрона

II Основные параметры стабилитрона

2.1 Uz — стабильное напряжение

Относится к стабильному значению напряжения, генерируемому двумя концами стабилитрона когда через него проходит номинальный ток. Это значение незначительно меняется в зависимости от рабочего тока и температуры. И из-за различий в производственном процессе значения стабилизации напряжения одного и того же типа стабилитронов не совсем одинаковы.Например, регулятор 2CW51 имеет Vzmin 3,0 В и Vzmax 3,6 В.

2,2 Iz — Номинальный ток

Показывает значение тока, проходящего через трубку, когда регулятор напряжения генерирует стабильное напряжение. Если ток ниже этого значения, эффект регулирования напряжения будет хуже, и он может быть выше этого значения до тех пор, пока не будет превышена номинальная мощность потерь, и характеристики регулирования напряжения будут лучше, но в то же время , потребляется больше энергии.

2.3 Rz — динамическое сопротивление

Это отношение изменения напряжения к изменению тока на стабилитроне, которое изменяется в зависимости от рабочего тока. Как правило, чем больше рабочий ток, тем меньше будет динамическое сопротивление. Например, рабочий ток стабилитрона 2CW7C составляет 5 мА, а его Rz — 18 Ом. Когда рабочий ток составляет 10 мА, Rz составляет 8 Ом. А когда он равен 20 мА, Rz равен 2 Ом, а если он превышает 20 мА, значение будет в основном постоянным.

2,4 Pz — номинальная потребляемая мощность

Определяется допустимым превышением температуры микросхемы, и его значение является произведением стабильного напряжения Vz и максимально допустимого тока Izm. Например, если Vz стабилитрона 2CW51 составляет 3 В, а его Izm составляет 20 мА, Pz диода составляет 60 мВт.

2,5 α — Температурный коэффициент

Если температура стабилитрона изменится, его стабильное напряжение также немного изменится. Относительное изменяющееся значение напряжения на трубке, вызванное изменением температуры на 1 ° C, является температурным коэффициентом (единица измерения:% / ° C).

Обычно мы называем значение стабилизации напряжения ниже 6В пробоем стабилитрона, и в этих условиях температурный коэффициент диода отрицательный. Лавинный пробой происходит, когда значение регулирования напряжения выше 6В, а температурный коэффициент положительный.

При повышении температуры слой истощения уменьшается. В обедненном слое энергия валентных электронов атома возрастает, и электрическое поле с меньшей напряженностью может возбуждать валентные электроны из атомов, вызывая пробой Зенера, поэтому температурный коэффициент отрицательный.Когда обедненный слой является широким с интенсивным электрическим полем, повышение температуры вызывает увеличение амплитуды колебаний атомов решетки, что затрудняет движение носителей, вызывая лавинный пробой. В этом случае лавинный пробой может произойти только при увеличении обратного напряжения, поэтому температурный коэффициент лавинного пробоя положительный. Вот почему значение стабилизации напряжения стабилитрона со значением стабилизации напряжения 15 В постепенно увеличивается с температурой, а значение стабилизации напряжения стабилитрона со значением стабилизации напряжения 5 В постепенно уменьшается с температурой.Например, температурный коэффициент стабилитрона 2CW58 составляет + 0,07% / ° C, то есть на каждый 1 ° C повышения температуры значение регулирования напряжения будет увеличиваться на 0,07%.

При высоких требованиях к источнику питания два стабилитрона с противоположными температурными коэффициентами могут быть включены последовательно в качестве компенсации. Благодаря взаимной компенсации температурный коэффициент значительно снижается до 0,0005% / ° C.

Температурный коэффициент стабилитрона

2.6 IR — обратный ток утечки

Он относится к току утечки, генерируемому стабилитроном при заданном обратном напряжении. Например, когда VR стабилитрона 2CW58 составляет 1 В, его IR составляет 0,1 мкА. И когда его VR составляет 6 В, ИК становится 10 мкА.

III Идентификация стабилитрона

3.1 Идентификация положительной и отрицательной полярности

По внешнему виду положительный конец корпуса стабилитрона в металлическом корпусе плоский, а отрицательный конец диода Зенера. корпус полукруглой формы.Для стабилитрона в пластиковой упаковке конец с цветной меткой является отрицательным, а другой конец — положительным. А для стабилитрона с непонятной маркировкой можно использовать стрелочный мультиметр. Метод измерения такой же, как и у диода общего назначения.

Различные типы упаковки стабилитрона

Сначала подключите два измерительных провода мультиметра к двум электродам стабилитрона шестерней «R × 1k», а затем измерьте сопротивление. Затем поменяйте местами два тестовых провода и снова измерьте сопротивление.Из двух результатов измерения значение сопротивления меньше, когда черный измерительный провод подключен к положительному полюсу стабилитрона, а красный измеритель подключен к отрицательному полюсу стабилитрона.

3.2 Идентификация стабилитронов цветового колеса

Стабилитроны цветового колеса обычно используются в японских продуктах. Как правило, они отмечены номером модели и параметрами, а подробную информацию можно найти в руководстве по компонентам.Они имеют небольшой размер, малую мощность, а значение регулирования напряжения в основном находится в пределах 10 В, что позволяет легко сломать и повредить их. Многие люди будут смешивать стабилитроны цветового колеса с резисторами цветового круга из-за их схожего внешнего вида.

Цветовой круг стабилитронов имеет два значения: одно — это число, а другое — десятичные разряды (обычно все стабилитроны цветового круга резервируют одну десятичную дробь, выраженную коричневым цветом. Это также можно понять как увеличение × 10 ^-1.

Из-за небольшого размера стабилитронов с малой мощностью трудно нанести номер модели на лампочки, поэтому в некоторых изделиях используется цветовое колесо для обозначения номинального стабильного значения напряжения. Как и резисторы цветового колеса, в колесе стабилитронов цветового колеса есть коричневые, красные, оранжевые, желтые, зеленые, синие, пурпурные, серые, белые и черные цвета, которые используются для представления значений 1 соответственно. , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 0.

Некоторые стабилитроны имеют только 2 цветовых колеса, а другие — 3.Первое колесо находится ближе всего к отрицательному электроду, а второе кольцо и третье кольцо следуют последовательно.

Если имеется только 2 цветовых колеса, номинальное стабильное значение напряжения стабилитрона представляет собой двузначное число, которое равно «× × V» (десятки вольт). Первое колесо представляет значение напряжения в разряде десятков, а второе колесо представляет значение в разряде единиц. Например, если цвет первого и второго колес красный и желтый, номинальное стабильное значение напряжения составляет 24 В.

Если имеется 3 цветовых круга, а второй и третий цветовые круги имеют разные цвета, то номинальное стабильное значение напряжения представляет собой однозначное целое число с одним десятичным знаком, то есть «×. × V». Первое кольцо представляет значение напряжения в единицах. Второй и третий цветовые круги (одного цвета) вместе представляют значение на разряде десятых (первое место после десятичной точки). Например, цвета первого, второго и третьего колес — серый, красный и красный, тогда номинальное значение стабильного напряжения равно 8.2В.

И если имеется 3 цветных кольца, а 2-е и 3-е цветовые кольца различаются по цвету, номинальное стабильное значение напряжения представляет собой двузначное целое число с одним десятичным знаком, то есть «× ×. × V». Первое колесо представляет значение напряжения в разряде десятков. Второе колесо представляет собой значение в разрядах единиц. И третье колесо представляет собой значение на разряде десятых (первое место после десятичной точки). Однако такая ситуация встречается редко.

3.3 Идентификация стабилитрона и выпрямительного диода

Для определения их различий необходим мультиметр.Сначала используйте шестеренку «R × 1K» на мультиметре, чтобы определить положительный и отрицательный электроды стабилитрона. Затем переключите передачу на «R × 10K» и подключите черный и красный измерительные провода соответственно к отрицательному и положительному полюсам стабилитрона. В этот момент, если измеренное значение обратного сопротивления намного меньше, чем значение обратного сопротивления, измеренное с помощью шестерни «R × 1K», это означает, что тестируемый диод является стабилитроном. И наоборот, если измеренное значение обратного сопротивления все еще велико, диод является выпрямительным диодом или детекторным диодом.

Вот принцип этого метода идентификации. напряжение батареи, используемой внутри шестерни R × 1K, составляет 1,5 В, что редко вызывает обратный пробой, что делает измеренное значение сопротивления относительно большим. Когда мы используем шестерню «R × 10K», напряжение внутренней батареи мультиметра обычно превышает 9 В. А если измеряемая трубка представляет собой стабилитрон, произойдет обратный пробой, значительно уменьшив значение сопротивления. Однако, если тестируемая лампа представляет собой выпрямитель или детекторный диод, измеренные сопротивления не будут сильно отличаться друг от друга, независимо от того, измерено ли оно с помощью шестерни «R × 1K» или «R × 10K».

Примечания: Когда значение стабилизации напряжения стабилитрона выше, чем значение напряжения шестерни «R × 10K» мультиметра, этот метод не может быть выполнен.

Свойства стабилитрона и выпрямительного диода

IV Применение стабилитрона

Цепи стабилизации напряжения серии 4.1

В схеме на первом рисунке базовым электродом транзистора T является стабилизированный.

Когда напряжение диода D стабилизируется на уровне 13 В, эмиттер выдает постоянное напряжение 12.3 В (13-0,7 = 12,3 В). В пределах определенного диапазона, независимо от подъема или падения входного напряжения и сопротивления нагрузки, выходное напряжение остается неизменным.

Эта схема используется во многих ситуациях. 7805 — это последовательная интегральная схема регулирования напряжения, которая может выдавать напряжение 5 В. 7805-7824 может выводить напряжение от 5 В до 24 В, которое используется во многих электроприборах.

Интегральная схема стабилизации напряжения серии

из 7805

4.2 Защита от перенапряжения в телевизорах

На рисунке ниже 115 В — это основное напряжение питания телевизора. Когда выходное напряжение источника питания слишком высокое, включается D, а затем включается транзистор T. Коллекторный потенциал транзистора T изменится с исходного высокого уровня 5 В на низкий уровень, а напряжение, проходящее через линию управления в режиме ожидания, переведет телевизор в состояние защиты в режиме ожидания.

4.3 Схемы подавления дуги

Если подходящий стабилитрон (или нормальный диод) подключен параллельно катушке индуктивности, как показано ниже, высокое напряжение, генерируемое высвобождением электромагнитной энергии, используется диодом. когда катушка выключена в проводящее состояние.Таким образом, когда переключатель выключен, дуга переключателя устраняется. Эта прикладная схема чаще используется в промышленности, например, в некоторых мощных электромагнитных схемах управления.

В Прямое и наградное последовательное соединение стабилитрона

Если два стабилитрона последовательно соединены в обратном порядке, напряжение фиксируется, когда прямое и обратное напряжение достигают значения регулирования напряжения, что означает напряжение больше не встанет.

Часто стабилитрон подключается к эмиттерному переходу сетки G и истока S в схемах усилителя большой мощности. Ограничивая напряжение, мы можем защитить изолирующий слой между G и S от разрушения из-за чрезмерного напряжения.

Когда два диода последовательно соединены в обратном порядке, они могут обеспечить защиту от перенапряжения в цепи, к которой они подключены параллельно. Когда в цепи возникает перенапряжение, диоды сначала выходят из строя и закорачиваются.

Вам также может понравиться:

Версии, платформы разработки и последовательность установки драйвера устройства

Параметры, классификация и применение светоизлучающих диодов (LED)

Resonant Magnetic Coupling

Беспроводная передача энергии (MCR-WPT) — высокоэффективная система передачи энергии

Особенности, тенденции развития и недостатки беспроводной передачи энергии

alexxlab

Посмотреть все записи автора alexxlab →

Последовательное включение стабилитронов. Принцип работы и маркировка стабилитронов. Вольт-амперная характеристика стабилитрона

1.10.2. Стабисторы

Последовательное и параллельное включение

Составной стабилитрон

Базовая схема последовательного стабилизатора

Умножение напряжения стабилизации

ИОН на термокомпенсированном стабилитроне

Генератор белого шума на стабилитроне

Программируемые перемычки на стабилитронах

ЗАПРЕЩЕННАЯ СХЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ | Дмитрий Компанец

Последовательное соединение стабилитронов для увеличения напряжения

Стабилитрон | Принцип работы и маркировка стабилитронов ⋆ diodov.net

Последовательное соединение стабилитронов для увеличения напряжения

Параллельный параметрический и последовательный стабилизаторы напряжения

Параллельное соединение — стабилитрон — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Параллельное соединение — стабилитрон

Последовательное и параллельное соединение выпрямительных диодов

Стабилитроны | Основы электроакустики

Стабилитрон. Особенности практического применения. — Радиомастер инфо

Расчет падения напряжения двух последовательно соединенных стабилитронов? (обратная проводка)

Теперь перейдем к вашей проблеме, поставим 3 Зенера последовательно.

Первая неровность на дороге — это ATTiny с гораздо меньшим током во сне

Жизнеспособное решение на основе регулятора

Диоды серии

— обзор

Пример 3.4

Как использовать стабилитроны

стабилитрон как регулятор напряжения

Параметры, идентификация и применение стабилитрона

alexxlab

Вам также может понравиться

Фотоэлектрические системы: Фотоэлектрические системы

Что понимается под косвенным прикосновением: косвенное прикосновение — это… Что такое косвенное прикосновение?

Скрытая прокладка проводов: Способы прокладки кабеля в помещении | Полезные статьи

Добавить комментарий Отменить ответ