Як працює стабілітрон і для чого він потрібний?

Основою надійної та тривалої роботи електронної апаратури є стабільна напруга живлення. Для цього застосовують стабілізовані джерела живлення. Можна сказати, що основним елементом, який визначає рівень вихідної напруги блоку живлення, це напівпровідниковий прилад стабілітрон. Він може бути як основою лінійного стабілізатора, так і пороговим елементом ланцюга зворотного зв'язку імпульсного джерела живлення. У цій статті ми розповімо читачам сайту Сам Електрик про будову та принцип роботи стабілітрона.

Що це таке

У літературі дається таке визначення:

Стабілітрон або діод Зенера – це прилад, призначений для стабілізації напруги в електричних ланцюгах. Працює при зворотному усуненні в режимі пробою. До настання пробою має високий опір переходу. струми, Що Протікають при цьому, незначні. Широко використовуються в електроніці та в електротехніці.

Якщо говорити простими словами, то стабілізатор призначений для стабілізації напруги в електронних схемах. У ланцюг він входить у зворотному напрямку. При досягненні напруги, що перевищує напругу стабілізації, відбувається оборотний електричний пробій pn-переходу. Як тільки воно знизиться до номіналу, пробій припиняється, і стабілітрон закривається.

На наведеному малюнку представлена ​​графічна схема для чайників, що дозволяє зрозуміти принцип дії діода Зенера.

Основними перевагами є невисока вартість та невеликі габарити. Промисловість випускає пристрої з напругою стабілізації про 1,8 - 400 В металевих, керамічних або корпусах зі скла. Це від потужності, яку розрахований стабилитрон та інших характеристик.

Для стабілізації високовольтної напруги від 0,4 до кількох десятків кВ застосовуються стабілітрони тліючого розряду. Вони мають скляний корпус і до появи напівпровідникових пристроїв застосовувалися в параметричних стабілізаторах.

Аналогічні властивості мають прилади, що змінюють свій опір залежно від прикладеної напруги - це варистори. Між стабілітроном і варистором різниця полягає в тому, що останній має двонаправлені симетричні характеристики. А це означає, що, на відміну від діодів, він не має полярності. Коротко варистор призначений для забезпечення захисту від напруги електронних схем.

Для запобігання апаратури від стрибків напруги застосовують супресори. Між стабілітроном та супресором відмінності полягають у тому, що перший поступово змінює свій внутрішній опір залежно від прикладеної напруги. Другий при досягненні певного порогу напруги відкривається одразу. Тобто. його внутрішній опір прагне нулю. Основне призначення супресорів – захист апаратури від стрибків живлення.

На малюнку нижче представлено умовно графічне позначення (УДО по ГОСТ) напівпровідника та його вольт-амперна характеристика.

На малюнку цифрами вказано ділянку 1-2. Він є робочим та призначений для стабілізації напруги в ланцюгах. Якщо прилад включити у прямому напрямку, він працюватиме як звичайний діод.

Рекомендуємо подивитися наступний відеоролик, щоб докладніше вивчити принцип дії стабілітрона, позначення елементів та сферу їх застосування.

Основні характеристики

При проектуванні блоків живлення слід вміти правильно зробити розрахунок і підібрати за значеннями необхідний елемент. Неправильно підібраний стабілітрон відразу вийде з ладу або не підтримуватиме напругу на необхідному рівні.

Основними характеристиками є:

  • напруга Ucт. стабілізації;
  • номінальний струм стабілізації Iст., що протікає через стабілітрон;
  • допустима потужність розсіювання;
  • температурний коефіцієнт стабілізації;
  • динамічний опір.

Ці характеристики визначені заводом-виробником та вказуються у довідковій літературі.

Умовно графічне позначення на схемах

Усі прилади мають графічне позначення. Це необхідно, щоб не захаращувати електричну схему. Стабілітрон має своє умовно-графічне позначення, яке затверджено міждержавним стандартом єдиного стандарту конструкторської документації (ЄСКД).

На малюнку знизу представлено як позначається на схемі за ГОСТ 2730-73, стабілітрон позначається практично як діод, так як, по суті, є одним з його різновидів.

Для правильного включення слід розрізняти де плюс, де мінус. Якщо дивитися на наведений вище малюнок, то на ньому плюс (анод) розташований ліворуч, а мінус (катод) праворуч. Згідно з ЕСКД розміри УДО діодів повинні становити 5/5 мм. Це ілюструє малюнок знизу.

Схема підключення

Розглянемо роботу стабилитрона з прикладу схеми параметричного стабілізатора. Це типова схема. Наведемо формули до розрахунку стабілізатора.

Припустимо, що є 15 Вольт, а на виході необхідно отримати 9 В. За таблицею напруги в довіднику підбираємо стабілітрон Д810. Зробимо розрахунок струмообмежувального резистора R1, згідно з малюнком нижче. На ньому показаний струмообмежуючий резистор та схема включення. Режим регулювання напруги відмічено на вольт-амперній характеристиці 1,2.

Для того, щоб напівпровідник не вийшов з ладу, необхідно враховувати струм стабілізації та струм навантаження. З довідника визначаємо струм стабілізації.

Він дорівнює 5 мА. На малюнку знизу представлено частину довідника.

Припускаємо, що струм навантаження дорівнює 100 мА:

R1 = (Uвх-Uст) / (Iн + Icт) = (15-9) / (0.1 + 0.005) = 57.14 Ом.

Якщо потрібний потужний стабілізатор, то варто збирати схему зі стабілітрона та транзистора.

Якщо необхідно виготовити стабілізатор на невелику напругу 0,2-1, для цього застосовується стабістор. Він є різновидом стабілітрона, але працює у прямій гілки ВАХ і включається у прямому напрямку, в чому його унікальна особливість і полягає.

Аналогічно можна виготовити блок живлення, де стабілізатор виготовлений з діодів. Як і стабістор, їх включають у прямому напрямку. Потрібну напругу набирають прямими падіннями напруги на діоді, для кремнієвих діодів воно знаходиться в межах 0.5-0.7В. За відсутності діодів можна зібрати стабілітрон з транзистора.

На наведеному нижче малюнку представлена ​​схема на транзисторі.

Промисловість випускає і керовані стабілітрони. Або, точніше, це мікросхема — TL431. Це універсальна мікросхема, що дозволяє регулювати напругу в межах від 2,5 до 36 вольт.

Регулювання здійснюється шляхом підбору дільника опорів. На наведеній нижче схемі представлений стабілізатор на 5 вольт. Дільник зібраний на резисторах номіналом 2,2 К.

Фахівець має знати, як перевірити мультиметром працездатність стабілітрона. Відразу зазначимо, що перевірити можна лише односпрямований елемент, здвоєні (двонаправлені) такій перевірці не підлягають. Якщо діод Зенера справний, то при «продзвінку» тестером в один бік він показуватиме урвище, а в другу мінімальний опір. Несправний дзвониться в обидві сторони.

Маркування

Залежно від потужності діода вони випускаються в різних корпусах. На металевих корпусах великої потужності вказується буквене позначення типу приладу.

На наведених нижче фото представлені прилади радянського виробництва, і як вони виглядали.

Нині малопотужні діоди випускаються у скляних корпусах. Маркування імпортних приладів має колірне позначення. На корпус наноситься маркування смугами чи кольоровими кільцями.

Вітчизняні діоди у скляних корпусах маркують смугами чи кільцями. Визначити тип та параметри можна за будь-яким довідником радіоелектронних компонентів. Наприклад, зелена смуга позначає стабілітрон КС139А, а блакитна смуга (або кільце) вказує на КС133А.

На потужних пристроях металевих корпусах вказується буквене позначення, наприклад, Д816, як показано на фото вгорі. Це потрібно для того, щоб знати, як підібрати аналог.

Ось ми й розглянули, які бувають стабілітрони, як вони працюють і для чого потрібні. Якщо залишилися питання, ставте їх у коментарях під статтею!

Матеріали на тему:

Ви не маєте права надсилати коментарі