Что такое диод зенера. Стабилитрон (диод Зенера): принцип работы, характеристики и применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое стабилитрон и как он работает. Каковы основные характеристики стабилитрона. Где применяются стабилитроны в электронике. Чем отличается стабилитрон от обычного диода.

Содержание

Что такое стабилитрон и его основное назначение

Стабилитрон (также известный как диод Зенера) — это специальный тип полупроводникового диода, предназначенный для стабилизации напряжения в электрических цепях. Его ключевая особенность заключается в способности поддерживать практически постоянное напряжение на своих выводах при значительных изменениях протекающего через него тока в области обратного смещения.

Основное назначение стабилитрона:

Стабилизация напряжения в источниках питания
Создание источников опорного напряжения
Ограничение напряжения для защиты чувствительных компонентов
Формирование постоянного уровня напряжения в различных схемах

Принцип работы стабилитрона

Принцип работы стабилитрона основан на эффекте электрического пробоя p-n-перехода при обратном смещении. В отличие от обычных диодов, где пробой приводит к выходу из строя, стабилитроны специально разработаны для работы в режиме управляемого пробоя.

Основные этапы работы стабилитрона:

На стабилитрон подается обратное напряжение, превышающее напряжение пробоя.
При достижении напряжения пробоя резко возрастает обратный ток.
Напряжение на стабилитроне практически перестает зависеть от тока в широком диапазоне его изменения.
Формируется стабильное выходное напряжение, равное напряжению пробоя стабилитрона.

Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) стабилитрона имеет характерный вид, отличающий его от обычных диодов:

В области прямого смещения ВАХ аналогична обычному диоду
При обратном смещении до напряжения пробоя ток очень мал
После достижения напряжения пробоя ток резко возрастает, а напряжение практически не меняется

Рабочая область находится на участке стабилизации в зоне обратного смещения

Какие ключевые участки можно выделить на ВАХ стабилитрона? Основными являются:

Участок прямого смещения
Участок обратного смещения до пробоя
Область пробоя и стабилизации напряжения
Участок теплового пробоя при превышении максимально допустимого тока

Основные характеристики и параметры стабилитронов

Ключевыми характеристиками стабилитронов являются:

Напряжение стабилизации (Uст) — напряжение на стабилитроне в режиме пробоя
Минимальный ток стабилизации (Iст.мин) — ток, при котором начинается эффект стабилизации
Максимальный ток стабилизации (Iст.макс) — предельно допустимый ток стабилитрона
Дифференциальное сопротивление (Rдиф) — отношение приращения напряжения к приращению тока в области стабилизации

Температурный коэффициент напряжения (ТКН) — изменение напряжения стабилизации при изменении температуры

Как выбрать стабилитрон для конкретной схемы? Основными критериями выбора являются:

Требуемое напряжение стабилизации
Максимальный ток в цепи стабилитрона
Допустимая мощность рассеяния
Требуемая точность стабилизации напряжения
Рабочий диапазон температур

Типы стабилитронов и их особенности

Существует несколько основных типов стабилитронов, отличающихся своими характеристиками и областями применения:

Прецизионные стабилитроны — обладают высокой точностью стабилизации напряжения
Двуханодные стабилитроны — могут работать при обеих полярностях напряжения
Быстродействующие стабилитроны — имеют малое время переходных процессов
Мощные стабилитроны — способны рассеивать большую мощность
Стабисторы — низковольтные стабилитроны для напряжений менее 5 В

Сравнение стабилитрона и обычного диода

Чем отличается стабилитрон от обычного полупроводникового диода?

Параметр	Стабилитрон	Обычный диод
Рабочий режим	Обратное смещение в области пробоя	Прямое смещение
Назначение	Стабилизация напряжения	Выпрямление тока
ВАХ	Имеет участок стабилизации напряжения	Нет участка стабилизации
Пробой	Рабочий режим	Аварийный режим

Применение стабилитронов в электронных схемах

Благодаря своим уникальным свойствам, стабилитроны нашли широкое применение в различных областях электроники:

Стабилизаторы напряжения в источниках питания
Источники опорного напряжения в измерительных приборах
Ограничители напряжения для защиты чувствительных компонентов
Формирователи уровней в логических схемах

Генераторы шума на основе эффекта лавинного пробоя

Какие преимущества дает использование стабилитронов в электронных схемах?

Простота реализации стабилизации напряжения
Высокая надежность и долговечность
Малые габариты по сравнению с другими стабилизаторами
Возможность получения широкого диапазона стабилизируемых напряжений
Высокое быстродействие

Особенности включения стабилитронов в схемы

При использовании стабилитронов в электронных схемах необходимо учитывать ряд особенностей их включения:

Стабилитрон включается в обратном направлении
Последовательно со стабилитроном включается ограничительный резистор
Входное напряжение должно превышать напряжение стабилизации
Ток через стабилитрон не должен превышать максимально допустимый

Необходимо обеспечить достаточный теплоотвод при больших токах

Как правильно рассчитать параметры схемы со стабилитроном? Основные этапы расчета:

Выбор стабилитрона с нужным напряжением стабилизации
Определение тока нагрузки и тока стабилитрона
Расчет сопротивления ограничительного резистора
Проверка мощности рассеяния на стабилитроне
Оценка точности стабилизации напряжения

Преимущества и недостатки стабилитронов

Как и любой электронный компонент, стабилитроны имеют свои достоинства и недостатки:

Преимущества стабилитронов:

Простота использования
Широкий диапазон стабилизируемых напряжений
Высокая надежность
Малые габариты
Низкая стоимость

Недостатки стабилитронов:

Ограниченная мощность рассеяния
Зависимость параметров от температуры
Наличие собственных шумов
Невысокая точность стабилизации у простых моделей

Необходимость превышения входного напряжения над выходным

Перспективы развития и альтернативные технологии

Несмотря на появление новых технологий, стабилитроны продолжают активно использоваться в современной электронике. Какие тенденции наблюдаются в развитии этих компонентов?

Повышение точности стабилизации
Уменьшение температурной зависимости
Увеличение быстродействия
Снижение уровня собственных шумов
Интеграция в состав микросхем

Существуют ли альтернативы стабилитронам? Да, в некоторых применениях их могут заменить:

Интегральные стабилизаторы напряжения
Импульсные преобразователи напряжения
Линейные стабилизаторы на транзисторах
Параметрические стабилизаторы
Прецизионные источники опорного напряжения

Однако в ряде применений стабилитроны остаются незаменимыми благодаря своей простоте, надежности и уникальным характеристикам.

Стабилитрон или диод Зенера — подробное описание

Полупроводниковый прибор, каким является диод Зенера или как его еще называют стабилитрон, служит для стабилизации напряжения на выходе.

Принцип действия стабилитрона

Принцип работы прибора заключается в подаче на диод через резистор запирающего напряжения, величина которого превышает величину напряжения пробоя самого диода. До того времени, пока не наступил момент совершения пробоя, через стабилитрон идут токи утечки величина, которых очень незначительна, в тоже время сопротивление прибора очень высокое.

В момент совершения пробоя величина тока резко повысится, а значение дифференциального сопротивления понизится до самых малых величин. Благодаря этому свойству режим пробоя характеризуется стабильным значением напряжения в широких границах обратного тока. Иными словами стабилитрон служит для распределения тока резистора, на который приходится избыток напряжения, а также тока, составляющего полезную нагрузку.

Рис. №1. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) стабилитрона. Для работы стабилитрона используются участки ВАХ, на которых при существенных изменениях тока, напряжение практически не изменяется, что бывает при обратном подключении прибора на участке электрического пробоя.

Рис.№2. Стабилитрон с резистором

Рис. №3. Стабилитрон, состоящий из двух последовательно-встречно подключенных диодов, служит для ограничения напряжения обеих полярностей.

Основа действия прибора строится на двух механизмах – это туннельный пробой и p-n-переход, его называют эффект Зенера и лавинный пробой p-n-перехода.

Основные электрические параметры, характеризующие стабилитрон

Рис. №4. Электрические характеристики важные для стабилитрона.

Пояснение главных величин, которые характеризуют стабилитрон:

Стабилизирующее напряжение – U раб, оно соответствует средней точке в месте стабилизации. Напряжение стабилизации – средняя величина между минимальным и предельно-максимальным значением стабилизируемого напряжения.
Минимальный ток стабилизации, для этого значения осуществляется лавинный пробой p-n-перехода обратимого действия, он неизменно соответствует минимальному значению стабилизируемого напряжения.
Максимальный предельно-допустимый ток стабилитрона.
Ток стабилизации или прямой ток, он определяется, как – Iст.ном = Imax – Imin. (он способен выдержать в течение продолжительного отрезка времени p-n-переход без термического разрушения.
Температурный коэффициент – величина, которая служит для определения отношения изменяющейся температуры окружающей среды при токе неизменной величины. Для каждого типа стабилитрона свойствен свой коэффициент температуры.

Дифференциальное сопротивление – величина, которая зависит от приращения стабилизационного напряжения к приращению тока в определенном диапазоне частоты.
Рассеиваемая мощность – величина мощности, обеспечивающей необходимую надежность и рассеиваемую на стабилитроне.

Типы стабилитронов

Существует три основных типа стабилитронов:

Прецизионные стабилитроны – для них свойственно наличие повышенной стабильности напряжения. Пример: 2С191 или КС211.
Двухсторонние – ограничивают и стабилизируют двухполярное напряжение. Пример: 2С170А или 2С182А.
Быстродействующий стабилитрон – пониженная величина барьерной емкости и небольшая работа переходного процесса – это делает возможным работать в области кратковременных импульсов напряжений. Это такие стабилитроны: 2С175Е; КС182Е; 2С211Е.

Распределение по мощности – это мощные и маломощные стабилитроны.

Особенности использования стабилитронов

Для использования стабилитронов, особенно российских производителей не желательна работа вне зоны пробоя, что является следствием повышения, со временем, тока утечки. Например, на стабилитрон рассчитанный на U15 В, не рекомендуется подавать отличное от расчетного значение напряжения, по крайней мере необходимо следить за минимальным током стабилизации.

Во время неудачного разброса напряжений, при выборе его к предельному значению, может произойти перегрев устройства и возникает режим пробоя.

Нежелательно подключать стабилитроны в сеть в качестве предохранителя, последствия для стабилитрона будут плачевны, при превышении значения тока они выйдут из строя. Для защиты лучше всего использовать, в некоторых случаях, специализированные стабилитроны (супрессоры) марки ZY5.6. Установка стабилитрона (диода Зенера) в цепь низковольтного питания крайне нежелательно из того, что туннельный пробой при U обладает отрицательным температурным коэффициентом.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Стабилитрон (Диод Зенера) — Принцип работы, ВАХ, сфера применения

Содержание:

Стабилитрон – это особый тип диодов, которые также называются зенеровскими. У этого типа есть главная особенность – при подаче напряжения, выше определенного номинала, увеличивается ток на выходе. Диод Зенера, который имеет и другое название – стабилитрон, имеет вид диода, который работает в режиме пробоя обратного смещения перехода. До этого, через него проходит небольшой ток, а утечка очень маленькая, что обуславливается большим сопротивлением.

При пробое, номинал тока моментально возрастает, так как его сопротивление в данный отрезок времени несколько долей Ом. В статье изложены принцип работы, где используются и какие функции они выполняют в современной радиоэлектронике. По теме диодов Зенера в статье представлены два интересных видеоролика и подробная научная статья бонусом для читателя.

Диоды Зенера или стабилитрона.

Стабилитрон называют диодом Зенера (от англ. Zener diode) в честь ученого, впервые открывшего явление туннельного пробоя, американского физика Кларенса Мэлвина Зенера (1905 — 1993). Открытый Зенером электрический пробой p-n перехода, связанный с туннельным эффектом, явлением просачивания электронов сквозь тонкий потенциальный барьер, называется теперь эффектом Зенера, который и служит сегодня в полупроводниковых стабилитронах. Физическая картина эффекта заключается в следующем. При обратном смещении p-n перехода энергетические зоны перекрываются, и электроны могут переходить из валентной зоны p-области в зону проводимости n-области, благодаря электрическому полю, это повышает количество свободных носителей заряда, и обратный ток резко возрастает.

Таким образом, главным назначением стабилитрона является стабилизация напряжения. Промышленностью выпускаются полупроводниковые стабилитроны с напряжениями стабилизации от 1,8 В до 400 В, большой, средней и малой мощности, которые отличаются максимально допустимым обратным током. На этой базе изготавливают простые стабилизаторы напряжения. На схемах стабилитроны обозначаются символом похожим на символ диода, с тем лишь отличием, что катод стабилитронов изображается в форме буквы «Г». Стабилитроны скрытой интегральной структуры, с напряжением стабилизации около 7 В — это самые точные и стабильные твердотельные источники опорного напряжения: лучшие их экземпляры характеристически близки к нормальному гальваническому элементу Вестона (эталонный ртутно-кадмиевый гальванический элемент).

Стабилитрон.

К стабилитронам особого типа относятся высоковольтные лавинные диоды («TVS-диоды» и «супрессоры»), которые широко применяются в цепях защиты от перенапряжений всевозможной аппаратуры. Как видим, стабилитрон, в отличие от обычного диода, работает на обратной ветви ВАХ. В обычном диоде, если к нему приложить обратное напряжение, может возникнуть пробой по одному из трех путей (или по всем сразу): туннельный пробой, пробой лавинный и пробой вследствие теплового разогрева токами утечки. Тепловой пробой кремниевым стабилитронам не важен, ибо они проектируются так, чтобы или туннельный, или лавинный пробой, либо оба типа пробоя одновременно наступали задолго до тенденции к тепловому пробою.

Серийные стабилитроны на данный момент изготавливаются преимущественно из кремния. Пробой при напряжении ниже 5 В — проявление эффекта Зенера, пробой выше 5 В — проявление лавинного пробоя. Промежуточное напряжение пробоя около 5 В, как правило, является результатом сочетания двух этих эффектов. Напряженность электрического поля в момент пробоя стабилитрона составляет около 30 МВ/м. Пробой стабилитрона происходит в умеренно легированных полупроводниках р-типа и сильно легированных полупроводниках n-типа. При повышении температуры на стыке уменьшается срыв стабилитрона и вклад лавинного пробоя увеличивается.

Стабилитрон на схеме.

Характеристики диода Зенера

Стабилитроны имеют следующие типичные характеристики. Vz – напряжение стабилизации. В документации указываются два значения для этого параметра: максимальное и минимальное значение напряжения стабилизации. Iz – минимальный ток стабилизации. Zz – сопротивление стабилитрона. Izk и Zzk– ток и динамическое сопротивление при постоянном токе. Ir и Vr — максимальный ток утечки и напряжение при заданной температуре. Tc — температурный коэффициент. Izrm — максимальный ток стабилизации стабилитрона.

[stextbox id=’info’]Стабилитроны широко применяют в качестве самостоятельных стабилизирующих элементов, а также источников образцовых напряжений (опорных напряжений) в стабилизаторах на транзисторах. Для получения малых образцовых напряжений стабилитроны включают и в прямом направлении, как обычные диоды, тогда напряжение стабилизации одного стабилитрона будет равно 0,7 – 0,8 вольт.[/stextbox]

Максимальная рассеиваемая корпусом стабилитрона мощность, обычно лежит в диапазоне от 0,125 до 1 ватта. Этого, как правило, достаточно для нормальной работы цепей защиты от импульсных помех и для построения маломощных стабилизаторов.

Материал в тему: устройство подстроечного резистора.

Немного теории

Стабильная зарплата, стабильная жизнь, стабильное государство. Последнее не про Россию, конечно :-). Если глянуть в толковый словарик, то можно толково разобрать, что же такое “стабильность”. На первых строчках Яндекс мне сразу выдал обозначение этого слова: стабильный – это значит постоянный, устойчивый, не изменяющийся. Но чаще всего этот термин используется именно в электронике и электротехнике. В электронике очень важны постоянные значения какого-либо параметра. Это может быть сила тока, напряжение, частота сигнала и другие его характеристики. Отклонение сигнала от какого-либо заданного параметра может привести к неправильной работе радиоэлектронной аппаратуры и даже к ее поломке. Поэтому, в электронике очень важно, чтобы все стабильно работало и не давало сбоев.

В электронике и электротехнике стабилизируют напряжение. От значения напряжения зависит работа радиоэлектронной аппаратуры. Если оно изменится в меньшую, или даже еще хуже, в большую сторону, то аппаратура в первом случае может неправильно работать, а во втором случае и вовсе колыхнуть ярким пламенем. Для того, чтобы не допустить взлетов и падения напряжения, были изобретены различные стабилизаторы напряжения. Как вы поняли из словосочетания, они используются чтобы стабилизировать “играющее” напряжение.

Устройство полупроводникового диода.

Стабилитрон или диод Зенера

Самым простым стабилизатором напряжения в электронике является радиоэлемент стабилитрон. Иногда его еще называют диодом Зенера. На схемах стабилитроны обозначаются примерно так: Вывод с “кепочкой” называется также как и у диода – катод, а другой вывод – анод. Стабилитроны выглядят также, как и диоды. На фото ниже, слева популярный вид современного стабилитрона, а справа один из образцов Советского Союза. Если присмотреться поближе к советскому стабилитрону, то можно увидеть это схематическое обозначение на нем самом, указывающее, где у него находится катод, а где анод.

Материал по теме: Что такое реле контроля.

Напряжение стабилизации

Самый главный параметр стабилитрона – это конечно же, напряжение стабилизации. Что это за параметр? Давайте возьмем стакан и будем наполнять его водой. Сколько бы воды мы не лили в стакан, ее излишки будут выливаться из стакана. Думаю, это понятно и дошкольнику. Теперь по аналогии с электроникой. Стакан – это стабилитрон. Уровень воды в полном до краев стакане – это и есть напряжение стабилизации стабилитрона. Представьте рядом со стаканом большой кувшин с водой. Водой из кувшина мы как раз и будем заливать наш стакан водой, но кувшин при этом трогать не смеем. Вариант только один – лить воду из кувшина, пробив отверстие в самом кувшине.

Если бы кувшин был меньше по высоте, чем стакан, то мы бы не смогли лить воду в стакан. Если объяснить языком электроники – кувшин обладает “напряжением” больше, чем “напряжение” стакана. Так вот, дорогие читатели, в стакане заложен весь принцип работы стабилитрона. Какую бы струю мы на него не лили (ну конечно в пределах разумного, а то стакан унесет и разорвет), стакан всегда будет полным. Но лить надо обязательно сверху. Это значит, напряжение, которое мы подаем на стабилитрон, должно быть выше, чем напряжение стабилизации стабилитрона.

Маркировка стабилитронов

Для того, чтобы узнать напряжение стабилизации советского стабилитрона, нам понадобится справочник. Например, на фото ниже советский стабилитрон Д814В: Ищем на него параметры в онлайн справочниках в интернете. Как вы видите, его напряжение стабилизации при комнатной температуре примерно 10 Вольт. Зарубежные стабилитроны маркируются проще. Если приглядеться, то можно увидеть незамысловатую надпись:

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

Катод у зарубежных стабилитронов помечается в основном черной полосой.

Как проверить стабилитрон

Как же проверить стабилитрон? Да также как и диод! А как проверить диод, можно посмотреть в этой статье. Давайте же проверим наш стабилитрон. Ставим мультиметр на прозвонку и цепляемся красным щупом к аноду, а черным к катоду. Мультиметр должен показать падение напряжения прямого PN-перехода. Меняем щупы местами и видим единичку. Это значит, что наш стабилитрон в полной боевой готовности. где Uвх – входное напряжение, Uвых.ст. – выходное стабилизированное напряжение. Если внимательно глянуть на схему, мы получили ни что иное, как Делитель напряжения. Здесь все элементарно и просто:

Обозначение стабилитрона.

Вольт-амперная характеристика стабилитрона

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

где:

Iпр– прямой ток, А
Uпр – прямое напряжение, В
Эти два параметра в стабилитроне не используются
Uобр– обратное напряжение, В
Uст– номинальное напряжение стабилизации, В
Iст – номинальный ток стабилизации, А
Номинальный – это значит нормальный параметр, при котором возможна долгосрочная работа радиоэлемента.
Imax– максимальный ток стабилитрона, А
Imin– минимальный ток стабилитрона, А
Iст, Imax, Imin– это сила тока, которая течет через стабилитрон при его работе.

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

Стабилитрон.

Заключение

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

В статье разобраны все аспекты работы стабилитрона. Более детальную информацию можно узнать в статье Лабораторная работа по диодам Зенера. Более подробно об этом можно узнать, прочитав статью Что такое генератор Ганна.В нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессиональных электронщиков. Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vk.com/electroinfonet.

В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

www.electricalschool.info

www.ruselectronic.com

www.ustroistvo-avtomobilya.ru

ПолупроводникиЧто такое варикап?

ПолупроводникиЧто такое фотодиод

Стабилитроны (Диод Зенера), Стабисторы Электроника, Микроэлектроника ,.

Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про стабилитрон, и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое стабилитрон, диод зенера, защитный диод, стабисторы, стабистор, презиционные стабилитроны , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база.

Существуует большое многообразие полупроводниковых приборов, — Диоды Шоттки, диоды Ганна, стабилитрон ы, светодиоды, фотодиоды, туннельные диоды и еще много разных типов и областей применения.

Полупроводниковые диоды, для которых характерна слабая зависимость напряжения от тока в области электрического пробоя при обратном смещении, называют стабилитронами.

Стабилитроном называется полупроводниковый диод, напряжение на котором в области электрического пробоя при обратном смещении слабо зависит от тока в заданном его диапазоне, и который предназначен для стабилизации уровня напряжения в схеме. Стабилитроном — радиокомпонент, конструктивно напоминающий диод, но кардинально отличающийся от него характером функционирования. Ключевым элементом так же, как и в обычном полупроводниковом вентиле, является полупроводниковый p-n-переход. И реакции обоих элементов на подачу обратного напряжения схожи – они оба запираются. Разница заключается в том, что пробой p-n-переходной зоны, который наступает при достижении обратным смещением некоего критического значения и выводит диод из строя, для стабилитрона является рабочим режимом.

Исходным материалом служит кремний, обеспечивающий малые обратные токи, широкий диапазон температур, высокую крутизну ВАХ в области напряжения стабилизации. Принцип работы стабилитронов основан на использовании свойства p-n-перехода при электрическом пробое сохранять практически постоянную величину напряжения в определенном диапазоне изменения обратного тока. Механизм пробоя может быть туннельным, лавинным или смешанным.

Основа функциональности стабилитрона состоит в том, что при довольно больших изменениях обратного тока напряжение на элементе остается практически неизменным. Другими словами, насколько бы существенным ни было обратное смещение, радиокомпонент будет поддерживать постоянный уровень выходной разности потенциалов. Эта стабилизированное напряжение может использоваться в качестве опорного, что и находит применение в реальных радиоэлектронных устройствах, критичных к электрическим характеристикам сигнала.

У полупроводникового стабилитрона (рис. 11.4, а) — в рабочем режиме используется обратная ветвь его ВАХ (рис. 11.4, б), причем на участке, соответствующем электрическому пробою.

Рис. 11.4. Полупроводниковый стабилитрон:

а — условное изображение; б — ВАХ стабилитрона

Туннельный и лавинный пробой

Пробой p-n-перехода, при котором работают стабилитроны, может быть лавинным или туннельным. Они являются электрическими и носят обратимый характер. То есть при отключении обратного смещения физико-химические свойства полупроводников восстанавливаются, и диод продолжает исполнять свои функции. Однако в случае стабилитронов условия возникновения пробоя создаются и поддерживаются искусственно.

В основе лавинного и туннельного пробоя лежат одноименные квантовые эффекты, наблюдаемые в кристаллической структуре полупроводника при возбуждении электрического поля. При разной природе и механизмах данных процессов их последствия одинаковы – электроны приобретают энергию, достаточную для прохождения через p-n-переход. Возникает пробой, и через диод начинает протекать обратный ток.

Именно в этом режиме и работает стабилитрон. При этом существует различие между радиокомпонентами, в которых используются разные эффекты. Стабилитроны, функционирующие при лавинном пробое, оперируют разностями потенциалов свыше 7 Вольт. В элементах, рассчитанных на напряжение стабилизации 3-7 Вольт, провоцируется туннельный пробой. Для стабилизации более низких разностей потенциалов применяются стабистор ы , о которых мы расскажем ниже.

Классификация стабилитронов

В настоящее время выпускается широкая номенклатура стабилитронов, но вся их масса классифицируется по функциональным характеристикам и конструкции. В зависимости от параметров данные радиокомпоненты подразделяются на следующие классы:

прецизионные;
двуханодные;
быстродействующие.

Прецизионные отличаются высокой точностью стабилизации напряжения. Отклонения стабилизируемой разности потенциалов на выходе такой детали не превышают 0,0001%. Точность сильно зависит от времени жизни прецизионного стабилитрона и температуры полупроводника. В связи с этим в отношении этих радиокомпонентов введены эксплуатационные нормы, которые должны постоянно контролироваться в процессе использования аппаратуры.

Двуханодный стабилитрон исполняет функцию двух стабилитронов, включенных встречно . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Это позволяет элементу обрабатывать сигналы и с одинаковой эффективностью обрабатывать напряжения разной полярности. Такая радиодеталь изготавливается в едином технологическом цикле, когда на одном кристалле кремния выращивается два встречных p-n-перехода, но, в принципе, роль двуханодного радиокомпонента могут играть и два дискретных стабилитрона, взаимно соединенных катодами.

И, наконец, стабилитроны третьего типа – быстродействующие – отличаются пониженной барьерной емкостью, вследствие чего сокращается продолжительность переходных процессов, протекающих в полупроводнике. Эти радиокомпоненты являются наилучшим решением для работы с импульсными сигналами. Конструктивная особенность данных элементов состоит в небольшой ширине p-n-перехода, которая обеспечивается применением особой технологии легирования полупроводника.

Стабистор

Немного по-другому функционируют радиокомпоненты, называемые стабисторами, о которых мы говорили выше. Они исполняют ту же функцию, то есть стабилизируют выходное напряжение, но являются низковольтными. Обычные стабилитроны не способны оперировать малыми разностями потенциалов. При напряжениях до 3 Вольт не возникает условий ни для лавинного, ни для туннельного пробоя p-n-перехода. Для стабилизации меньших напряжений прибегают к другому решению, а именно к использованию не обратного, а прямого смещения.

Установлено, что в сильно легированном p-n-переходе дырки и электроны рекомбинируют таким образом, что при значительном прямом токе наблюдается эффект стабилизации выходного напряжения на уровне 2,5-3 Вольт. Это обуславливает ключевое технологическое различие стабилитронов и стабисторов. Вторые предназначены для работы только в низковольтных радиосхемах.

Устройство маломощного стабилитрона

с гибкими выводами в пластиковом (вверху) и стеклянном (внизу) корпусах

Рис Устройство маломощного стабилитрона с гибкими выводами в пластиковом корпусе

Рис. Устройство маломощного стабилитрона с гибкими выводами в стеклянном корпусе

У низковольтных стабилитронов (с низким сопротивлением базы) более вероятен туннельный пробой. У стабилитронов с высокоомной базой пробой носит лавинный характер. Для обеспечения электрического пробоя при относительно небольших обратных напряжениях напряженность электрического поля в p-n-переходе должна быть значительно выше, чем у обычных диодов, поэтому при изготовлении стабилитронов используют материалы с высокой концентрацией примесей.

Условные графические обозначения

обычных (вверху) и двуханодных (внизу) стабилитронов на принципиальных схемах

Вольт-амперная характеристика и схема включения стабилитрона.

ВАХ стабилитрона реальная

Идеальная ВАХ стабилитрона

Основные параметры стабилитронов

1. Uст
2. Дифференциальное сопротивление Rдиф = 0.5 – 200 Ом
3. Iст min ток стабилизации минимальный
4. Iст max ток стабилизации максимальный
Imax≈ Pmax/Uст

В качестве стабилитронов применяют кремниевые диоды, обладающие большой устойчивостью к тепловому пробою.

Кремниевые стабилитроны используются для стабилизации напряжений источников питания, а также для фиксации уровней U в различных схемах

Группы маломощных диодов в виде диодных матриц и диодных сборок используются в логических устройствах дешифраторах и других элементах ВТ.

Стабилитрон в схему стабилизации обычно включают так, чтобы p-n-переход был смещен в обратном направлении.

Для стабилизации малых напряжений U = 1 — 1.5B используют стабисторы

Презиционные и двунаправленные стабилитроны

В прецизионных стабилитронах используют три последовательно соединенных p-n-перехода, один из которых – стабилизирующий, два других – термокомпенсирующие. Если стабилизирующий переход работает в режиме лавинного пробоя, то с увеличением температуры напряжение на нем растет. Одновременно прямое напряжение на двух термокомпенсирующих переходах уменьшается, поэтому общее напряжение на стабилитроне меняется незначительно.

Для обеспечения стабилизации двуполярных напряжений стабилитроны общего назначения включают последовательно, а прецизионные – параллельно.

Двуханодные стабилитроны имеют структуру, формируемую диффузией примесей в пластину n-кремния одновременно с двух сторон. Образующиеся при этом два p-n-перехода включены встречно. Внешние выводы имеют только анодные p-области структуры. При подаче на стабилитрон напряжения любой полярности один переход работает в режиме электрического пробоя, а другой является термокомпенсирующим

Области применения стабилитронов и стабисторов

Хорошие стабилизирующие свойства стабилитронов и стабисторов обуславливают основную сферу применения этих радиокомпонентов – создание фиксированного питающего и опорного напряжения в различных радиоэлектронных устройствах. На первом месте по распространенности стоят стабилитроны, используемые в источниках питания. Применение этих специализированных диодов обеспечивает стабильные выходные параметры питающего напряжения и одновременно упрощает схему.

В блоках питания с повышенными требованиями по точности выходных характеристик находят применение прецизионные стабилитроны. Эти элементы устанавливаются в высокоточной измерительной аппаратуре и аналого-цифровых преобразователях. Двуханодные стабилитроны используются в подавителях импульсных помех. Данные радиокомпоненты в реальных схемах нередко сочетаются с импульсными диодами. Быстродействующие стабилитроны в сочетании с СВЧ-диодами применяются в аппаратуре, работающей на сверхвысоких частотах – передатчиках, радиолокаторах и так далее.

Защитные стабилитроны в «умном» МДП-транзисторе семейства Intelligent Power Switch компании International Rectifier

Основная область применения стабилитрона — стабилизация постоянного напряжения источников питания. В простейшей схеме линейного параметрического стабилизатора стабилитрон выступает одновременно и источником опорного напряжения, и силовым регулирующим элементом. В более сложных схемах стабилитрону отводится только функция источника опорного напряжения, а регулирующим элементом служит внешний силовой транзистор.

Прецизионные термокомпенсированные стабилитроны и стабилитроны со скрытой структурой широко применяются в качестве дискретных и интегральных источников опорного напряжения (ИОН), в том числе в наиболее требовательных к стабильности напряжения схемах измерительных аналого-цифровых преобразователей. C середины 1970-х годов и по сей день (2012 год) стабилитроны со скрытой структурой являются наиболее точными и стабильными твердотельными ИОН. Точностные показатели лабораторных эталонов напряжения на специально отобранных интегральных стабилитронах приближаются к показателям нормального элемента Вестона[38].

Особые импульсные лавинные стабилитроны («подавители переходных импульсных помех», «супрессоры», «TVS-диоды») применяются для защиты электроаппаратуры от перенапряжений, вызываемых разрядами молний и статического электричества, а также от выбросов напряжения на индуктивных нагрузках. Такие приборы номинальной мощностью 1 Вт выдерживают импульсы тока в десятки и сотни ампер намного лучше, чем «обычные» пятидесятиваттные силовые стабилитроны. Для защиты входов электроизмерительных приборов и затворов полевых транзисторов используются обычные маломощные стабилитроны. В современных «умных» МДП-транзисторах защитные стабилитроны выполняются на одном кристалле с силовым транзистором.

В прошлом стабилитроны выполняли и иные задачи, которые впоследствии потеряли прежнее значение:

Ограничение, формирование, амплитудная селекция и детектирование импульсов. Еще в эпоху электронных ламп кремниевые стабилитроны широко применялись для ограничения размаха импульсов и преобразования сигналов произвольной формы в импульсы заданной полярности. С развитием интегральных технологий эту функцию взяли на себя устройства на быстродействующих компараторах, а затем цифровые процессоры обработки сигналов.
Стабилизация напряжения переменного тока также сводилась к ограничению размаха синусоидального напряжения двусторонним стабилитроном. При изменении входного напряжении амплитуда выходного напряжения поддерживалась постоянной, а его действующее значение лишь незначительно отставало от действующего значения входного напряжения.
Задание напряжений срабатывания реле. При необходимости установить нестандартный порог срабатывания реле последовательно с его обмоткой включали стабилитрон, доводивший порог срабатывания до требуемого значения. С развитием полупроводниковых переключательных схем сфера применения реле сузилась, а функцию управления реле взяли на себя транзисторные и интегральные пороговые схемы.
Задание рабочих точек усилительных каскадов. В ламповых усилителях 1960-х годов стабилитроны использовались как замена RC-цепочек автоматического смещения. На нижних частотах звукового диапазона и на инфразвуковых частотах расчетные емкости конденсаторов таких цепей становились неприемлемо велики, поэтому стабилитрон стал экономичной альтернативой дорогому конденсатору.
Межкаскадный сдвиг уровней. Сдвиг уровней в ламповых усилителях постоянного тока обычно осуществлялся с помощью газонаполненных стабилитронов или обычных неоновых ламп. C изобретением полупроводниковых стабилитронов они стали применяться вместо газонаполненных. Аналогичные решения применялись и в транзисторной аппаратуре, но были быстро вытеснены более совершенными схемами сдвига уровней на транзисторах.
Стабилитроны с высоким ТКН использовались как датчики температуры в мостовых измерительных схемах. По мере снижения напряжений питания и потребляемых мощностей эту функцию приняли на себя прямо смещенные диоды, транзисторные PTAT-цепи и интегральные схемы на их основе.

В среде моделирования SPICE модель элементарного стабилитрона используется не только по прямому назначению, но и для описания режима пробоя в моделях «реальных» биполярных транзисторов. Стандартная для SPICE модель транзистора Эберса—Молла режим пробоя не рассматривает

См. также

Полупроводниковый диод . Классификация
Импульсные диоды
Диоды Шоттки
Варикапы ( Варикап )
Туннельные диоды
Обращенные диоды
Полупроводниковые лазеры
Выпрямительные диоды
Обращенный диод
pin-диод
Высокочастотные диоды
Сверхвысокочастотные диоды
Светодиоды
Фотодиоды
Лямбда- диод
Кристаллический детектор
Диодный мост
p-n-переход
супрессор , защитный диод , пон , полупроводниковый ограничитель напряжения ,

А как ты думаешь, при улучшении стабилитрон, будет лучше нам? Надеюсь, что теперь ты понял что такое стабилитрон, диод зенера, защитный диод, стабисторы, стабистор, презиционные стабилитроны и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

Стабилитрон — что это такое, как он работает и его история

Зенеровский диод — что это такое, как он работает и его история

Что такое диод и как он работает?

Диод — это компонент схемы, который позволяет току течь только в одном направлении. Диоды бывают разных размеров и обычно имеют черный цилиндрический корпус с двумя выводами, выходящими по бокам (анод и катод), и полосой на конце катода. Диоды — это улицы с односторонним движением. Ток может двигаться только от конца катода к концу анода через диод. Это происходит потому, что диод предотвращает протекание тока в противоположном направлении со стороны анода. Диод смещен в обратном направлении, когда он действует как изолятор, и смещен в прямом направлении, когда он пропускает ток. Анод и катод диода — это две его клеммы. Диоды используются в цепях для ограничения напряжения и преобразования переменного тока в постоянный. Полупроводники, такие как кремний и германий, используются для получения максимальной отдачи от диодов. Несмотря на то, что они оба передают власть в одном и том же направлении, то, как они это делают, различаются. Диоды бывают разных форм и размеров, каждый из которых имеет свой собственный набор приложений, например диоды Зенера. Переключатели, модуляторы сигналов, смесители сигналов, выпрямители, ограничители сигналов, регуляторы напряжения и т. д. — все это примеры применения диодов.

Чем стабилитрон отличается от обычного диода?

Стабилитроны являются одними из диодов, используемых для определенных целей. За исключением одного ключевого отличия, стабилитроны работают так же, как обычные диоды. Напряжение обратного пробоя стабилитронов известно как «напряжение стабилитрона». Это означает, что стабилитроны могут остановить протекание тока по цепи только до определенного напряжения. Если обратное напряжение пробоя стабилитрона составляет 10 В, а протекающий ток составляет всего 5 В, стабилитрон блокирует протекание тока. В другом сценарии, если ток в цепи составляет 11 В, стабилитрон будет пропускать ток.

Какой смысл в диоде, проводящем в обоих направлениях? Вы можете задаться вопросом. Зенеровский диод пригодится при создании регуляторов напряжения, схем защиты от перенапряжения и других схем. Его можно использовать для управления течением частичного тока в другом направлении в цепи. Конструкция стабилитронов также отличается от конструкции обычных диодов. Эти диоды изготавливаются из сильно легированных полупроводников N- и P-типа с различным количеством легирования для достижения различных напряжений пробоя. В результате разные уровни напряжения стабилитронов имеют разную емкость по напряжению.

Таким образом, стабилитроны предназначены для использования в режиме обратного смещения с низким постоянным напряжением пробоя или напряжением Зенера. Они начинают проводить значительные обратные токи. Зенеровский диод может работать как регулятор напряжения, выступая в качестве вспомогательной нагрузки, вытягивая больший ток из источника, когда напряжение слишком высокое, и меньший ток, когда напряжение слишком низкое.

Ранняя история стабилитрона

Кларенс Мелвин Зинер первым описал преимущества этого диода. Кларенс Зинер был профессором физического факультета Университета Карнеги-Меллона. Его исследовательские интересы были связаны с физикой твердого тела. Окончил Стэнфордский университет в 1926 и получил докторскую степень в том же учреждении в 1929 году. В 1950 году он изобрел диод Зенера, который теперь используется в современных компьютерных схемах. В 1934 году Кларенс Зинер опубликовал статью о пробое электрического изолятора. Он был известен во всем мире как пионер в области науки под названием «внутреннее трение», которая была в центре внимания большинства его исследований.

Как защитить схему от повреждения перенапряжением с помощью стабилитрона?

Вы можете столкнуться с неизвестными или загадочными сбоями в своих проектах при использовании двигателей, чувствительных к напряжению, или других компонентов в цепи. Компоненты, чувствительные к напряжению, иногда могут сгореть, потому что они просто не могут справиться с количеством напряжения в токе. Давайте посмотрим на схемы схемы. Схема 1 имеет источник питания 12 В со стабилитроном с обратным смещением. Напряжение стабилитрона 10 Вольт; следовательно, напряжение пробоя было превышено источником питания 12 Вольт и не допускает более 10 Вольт к вольтметру. Если мы увеличим напряжение блока питания до 9 В.0 вольт, как показано на схемах схемы 2, тогда стабилитрон по-прежнему будет пропускать ток через него. Однако ток, который идет на вольтметр, по-прежнему составляет около 10 вольт. Следовательно, стабилитрон можно использовать для создания регулятора напряжения с использованием этой логики в схеме.

Атрибуты стабилитронов

Номинальное напряжение, рассеиваемая мощность, прямой ток возбуждения, прямое напряжение, тип упаковки и максимальный обратный ток — это атрибуты, которые используются для классификации различных стабилитронов. Давайте познакомимся с некоторыми из этих атрибутов.

Номинальное напряжение

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

Рассеиваемая мощность

Наибольшее количество энергии, которое может разряжать ток Зенера, представлено этим значением. Превышение этой номинальной мощности приводит к перегреву стабилитрона, что может привести к его повреждению и выходу из строя компонентов, подключенных к нему в цепи. В результате при выборе диода для конкретного применения следует учитывать этот элемент.

Максимальный ток Зенера

При напряжении Зенера это максимальный ток, который можно пропустить через диод Зенера без его разрушения.

Минимальный ток стабилитрона

Это минимальный ток, необходимый для входа стабилитрона в зону пробоя и начала работы.

Другие параметры, которые действуют как технические характеристики диода, должны быть тщательно изучены, прежде чем принимать решение о типе стабилитрона, необходимого для какой-либо конкретной конструкции.

Магазин переменные резисторы

Проверьте другие статьи из нашего блога

Zener Deode

Связанные ресурсы: Инструментация

Zener Diode

Инструментация и Electronics

Dieser Dieser Dieser Dieser Diode Dieser Dieser Dieser Dieser Dieser Diode Diode Diode

. который позволяет току течь в прямом направлении так же, как идеальный диод, но также позволяет ему течь в обратном направлении, когда напряжение выше определенного значения, известного как напряжение пробоя, «напряжение колена стабилитрона» или « напряжение стабилитрона».

Зенеровский диод показан в типовых корпусах. Обратный ток показан -iZ показан. Когда напряжение пробоя обратного смещения превышается, обычный диод подвергается сильному току из-за лавинного пробоя. Если этот ток не ограничен схемой, диод будет необратимо поврежден из-за перегрева.

Стабилитрон обладает почти такими же свойствами, за исключением того, что устройство специально разработано так, чтобы иметь значительно сниженное напряжение пробоя, так называемое напряжение стабилитрона. В отличие от обычного устройства, стабилитрон с обратным смещением будет демонстрировать управляемый пробой и позволит току поддерживать напряжение на стабилитроне близким к напряжению пробоя стабилитрона. Например, диод с напряжением пробоя стабилитрона 3,2 В будет демонстрировать падение напряжения почти на 3,2 В в широком диапазоне обратных токов. Таким образом, стабилитрон идеально подходит для таких приложений, как генерация опорного напряжения (например, для усилительного каскада) или в качестве стабилизатора напряжения для слаботочных приложений.

Вольт-амперная характеристика стабилитрона с напряжением пробоя 17 вольт. Обратите внимание на изменение шкалы напряжения между прямым смещением (положительным) и обратным (отрицательным) направлением

Другим механизмом, производящим аналогичный эффект, является лавинный эффект, как в лавинном диоде. Два типа диодов фактически сконструированы одинаково, и в диодах этого типа присутствуют оба эффекта. В кремниевых диодах до примерно 5,6 вольт эффект Зенера является преобладающим эффектом и показывает заметный отрицательный температурный коэффициент. Выше 5,6 вольт лавинный эффект становится преобладающим и имеет положительный температурный коэффициент.

В диоде на 5,6 В оба эффекта проявляются вместе, а их температурные коэффициенты почти компенсируют друг друга, поэтому диод на 5,6 В является предпочтительным компонентом для приложений, критичных к температуре. Современные технологии производства позволяют производить устройства с напряжением ниже 5,6 В с незначительными температурными коэффициентами, но по мере того, как встречаются устройства с более высоким напряжением, температурный коэффициент резко возрастает. Диод на 75 В имеет коэффициент в 10 раз больше, чем диод на 12 В.

Такие диоды, независимо от напряжения пробоя, обычно продаются под общим названием «стабилитрон».

Применение:

Зенеровские диоды широко используются в качестве источников опорного напряжения и в качестве шунтирующих регуляторов для регулирования напряжения в небольших цепях. При параллельном подключении к источнику переменного напряжения с обратным смещением стабилитрон проводит ток, когда напряжение достигает обратного напряжения пробоя диода. С этого момента относительно низкий импеданс диода удерживает напряжение на диоде на этом уровне.

В этой схеме, типичном источнике опорного напряжения или регуляторе, входное напряжение UIN регулируется до стабильного выходного напряжения UOUT. Напряжение пробоя диода D стабильно в широком диапазоне токов и удерживает UOUT относительно постоянным, даже несмотря на то, что входное напряжение может колебаться в довольно широком диапазоне. Из-за низкого импеданса диода при такой работе резистор R используется для ограничения тока в цепи.

В случае этой простой ссылки ток, протекающий через диод, определяется по закону Ома и известному падению напряжения на резисторе R;

IDiode = (UIN — UOUT) / R
Значение R должно удовлетворять двум условиям:

1. R должно быть достаточно малым, чтобы ток через D удерживал D в обратном пробое. Значение этого тока указано в техпаспорте для D. Например, распространенное устройство BZX79C5V6, стабилитрон 5,6 В 0,5 Вт, имеет рекомендуемый обратный ток 5 мА. Если через D проходит недостаточный ток, то UOUT будет нерегулируемым и будет меньше номинального напряжения пробоя (это отличается от ламп регулятора напряжения, где выходное напряжение будет выше номинального и может возрасти до UIN). При расчете R необходимо учитывать любой ток через внешнюю нагрузку, не показанную на этой схеме, подключенную через UOUT.

2. R должно быть достаточно большим, чтобы ток через D не разрушил устройство. Если ток через D равен ID, его напряжению пробоя VB и максимальной рассеиваемой мощности PMAX, то IDVB < PMAX

На диод в этой эталонной схеме может быть подключена нагрузка, и пока стабилитрон остается в режиме обратного пробоя, диод обеспечит стабильный источник напряжения на нагрузке. Стабилитроны в этой конфигурации часто используются в качестве стабильных эталонов для более совершенных схем стабилизаторов напряжения.

Шунтирующие регуляторы просты, но требования к балластному резистору должны быть достаточно малы, чтобы избежать чрезмерного падения напряжения в наихудшем случае (низкое входное напряжение одновременно с высоким током нагрузки) имеют тенденцию оставлять большой ток, протекающий через диод большую часть времени, что делает регулятор довольно расточительным с высокой рассеиваемой мощностью покоя, подходящим только для небольших нагрузок.

Эти устройства также встречаются, как правило, последовательно с переходом база-эмиттер в транзисторных каскадах, где выборочный выбор устройства, сосредоточенного вокруг точки лавины или стабилитрона, может использоваться для введения компенсирующего температурного коэффициента балансировки транзистора узел ПН. Примером такого использования может быть усилитель ошибки постоянного тока, используемый в системе контура обратной связи цепи регулируемого источника питания.

Стабилитроны также используются в устройствах защиты от перенапряжений для ограничения скачков переходного напряжения.

Другим примечательным применением стабилитрона является использование шума, вызванного его лавинным пробоем, в генераторе случайных чисел, который никогда не повторяется.

Стабилитрон — пояснение, технические характеристики, применение, обозначение схемы

Значение электропроводности полупроводникового материала находится между значениями электропроводности проводника, такого как металлическая медь, и изолятора, такого как стекло. Его удельное сопротивление падает с повышением температуры; металлы ведут себя наоборот. Его проводящие свойства могут быть изменены полезным образом путем введения примесей (легирования) в кристаллическую структуру. Когда в одном и том же кристалле существуют две области с различным легированием, создается полупроводниковый переход. Поведение носителей заряда, к которым относятся электроны, ионы и электронные дырки, в этих соединениях лежит в основе диодов, транзисторов и большинства современных электронных устройств.

Некоторыми примерами полупроводников являются кремний, германий, арсенид галлия и элементы вблизи так называемой металлоидной лестницы в периодической таблице. Арсенид галлия является вторым по распространенности полупроводником после кремния и используется в лазерных диодах, солнечных элементах, интегральных схемах СВЧ и других устройствах. Кремний является важным элементом для изготовления большинства электронных схем. Эта статья посвящена диоду Зенера, прежде чем мы взглянем на связанные темы.

р-н развязка

p-n переход представляет собой интерфейс или границу между двумя типами полупроводниковых материалов, а именно p-типа и n-типа, внутри полупроводника.

Сторона p или положительная сторона полупроводника имеет избыток дырок, а сторона n или отрицательная сторона имеет избыток электронов. В полупроводнике p-n переход создается с помощью легирования одной стороны к другой, рассеивая электроны и отверстия, и, соответственно, мы используем метод, связанный с легированием.

Разберемся с самым распространенным способом легирования с помощью этой модели. Давайте рассмотрим небольшой лист кремниевого полупроводника р-типа.

Если мы добавим к этому небольшое количество пятивалентной примеси, часть Si p-типа превратится в кремний n-типа. Этот лист в настоящее время будет содержать как район p-типа, так и регион n-типа, а также пересечение между этими двумя областями.

Циклы, которые следуют за развитием пересечения p-n, бывают двух видов — распространение и плавание. Как мы, вероятно, знаем, существует различие в сходимости отверстий и электронов на разных сторонах пересечения, отверстия с p-стороны диффундируют в n-сторону, а электроны с n-стороны диффундируют в p-сторону. -сторона. Это приводит к дисперсионному току через перекресток.

Условия смещения для диода с p-n переходом
В диоде с p-n пересечением есть две рабочие области: от приложенного напряжения:
Смещение нуля: На диод пересечения p-n не подается внешнее напряжение.
Прямое смещение: Положительная клемма потенциала напряжения связана с p-типом, а отрицательная клемма связана с n-типом.
Инвертировать смещение: Неблагоприятная клемма потенциала напряжения связана с p-типом, а положительная – с n-типом.

Прямое смещение

В точке, где p-тип связан с положительной клеммой батареи, а n-тип с противоположной клеммой, тогда пересечение p-n считается прямым односторонним . В точке, где p-n-пересечение является прямым односторонним, основное электрическое поле в p-n-пересечении и приложенное электрическое поле противоположны.
Когда оба электрических поля складываются, результирующее электрическое поле имеет меньшую протяженность, чем неявное электрическое поле. Этот результат в менее резистивной и более тонкой области истощения. Закупорка зоны выдоха становится неважной, когда приложенное напряжение велико.
В кремнии при напряжении 0,6 В сопротивление области истощения оказывается совершенно несущественным и ток через нее течет беспрепятственно.

Обратное смещение

В момент, когда p-тип связан с отрицательным полюсом батареи, а n-тип связан с положительным полюсом, то пересечение p-n считается обратным односторонним.
В этой ситуации собственное электрическое поле и приложенное электрическое поле аналогичны. В момент, когда два поля складываются, результирующее электрическое поле подобно основному электрическому полю создает более резистивный и более плотный район потребления.
Зона потребления оказывается более резистивной и толстой, если приложенное напряжение увеличивается.

Стабилитрон

Зенеровский диод — это сильно легированный полупроводниковый прибор, предназначенный для работы в обратном направлении.

Зенеровский диод, также называемый пробивным диодом, представляет собой сильно легированное полупроводниковое устройство, предназначенное для работы в обратном направлении. В момент, когда напряжение на клеммах стабилитрона изменяется и потенциал достигает напряжения Зенера (напряжение колена), пересечение разделяется, и ток течет в противоположном направлении. Это воздействие известно как эффект Зенера.

Стабилитрон работает при обратном смещении

Зенеровский диод работает фактически как обычный диод, когда он прямо-односторонний. Тем не менее, когда это связано с обратным односторонним режимом, через диод проходит небольшой ток утечки. Когда противоположное напряжение увеличивается до заданного напряжения пробоя (Vz), через диод начинает течь ток. Ток увеличивается до наибольшего, что диктуется последовательным резистором, после чего он уравновешивается и остается стабильным в широком диапазоне приложенного напряжения.

Существует два вида разбивки для Zener Deode:
. высокое противоположное напряжение. В момент, когда к пересечению PN прикладывается высокое значение противоположного напряжения, свободные электроны приобретают достаточную энергию и ускоряются с высокой скоростью. Эти свободные электроны, движущиеся с высокой скоростью, сталкиваются с различными молекулами и выбивают больше электронов.
Из-за этого последовательного удара образуется огромное количество свободных электронов, потому что электрический поток в диоде быстро увеличивается. Это резкое расширение электрического потока может навсегда уничтожить обычный диод, тем не менее диод Зенера предназначен для работы в условиях резкого пробоя слайда и может поддерживать неожиданный всплеск потока. В стабилитронах с напряжением стабилитрона (Vz) выше 6В происходит пробой ползуна.
Пробой стабилитрона в стабилитроне:
В момент, когда приложенное обратное предрасполагающее напряжение приближается к напряжению Зенера, электрическое поле в области истощения становится достаточно способным вытягивать электроны из их валентной зоны.
Валентные электроны, которые приобретают адекватную энергию от твердого электрического поля зоны истощения, отрываются от родительской молекулы. В районе пробоя Зенера небольшое увеличение напряжения приводит к быстрому увеличению электрического потока.
Лавинный пробой и пробой Зенера:
Воздействие Зенера преобладает при напряжении до 5,6 В, а удар ливневого оползания берет верх над ним.
Оба они представляют собой сравнительные удары, разница в том, что удар Зинера — это квантовое чудо, а удар Лавинного пробоя — это развитие электронов в валентной зоне, как и в любом электрическом потоке.
Воздействие лавинного пробоя также допускает больший ток через диод, чем допустимый пробой Зенера.
Символ цепи стабилитрона
Существует множество способов сборки стабилитрона. Некоторые используются для значительной степени рассеивания силы, а другие содержатся в конструкциях для поверхностного монтажа. Самый широко известный вид стабилитрона находится внутри маленького стеклянного воплощения. Он имеет полосу вокруг одного конца, обозначающую катодную сторону диода.
Символ стабилитрона
V-I характеристики стабилитрона
На приведенном ниже графике показаны характеристики V-I стабилитрона.
Графическое представление ВАХ
ВАХ стабилитрона можно разделить на две части следующим образом:
Прямые характеристики стабилитрона: Первичный квадрант на диаграмме относится к прямым характеристикам стабилитрона. диод. Из диаграммы мы понимаем, что он практически неотличим от прямых характеристик какого-либо другого диода с пересечением p-n.
Обратные характеристики стабилитрона: В момент, когда напряжение, противоположное напряжению Зенера, прикладывается к напряжению Зенера, сначала через диод протекает небольшой обратный иммерсионный ток Io. Этот ток возникает из-за термически созданных переносчиков меньшинств. По мере того, как противоположное напряжение увеличивается, при определенном значении обратного напряжения обратный ток увеличивается определенно и сильно. Это означает, что произошел сбой. Мы называем это напряжение пробоя напряжением или напряжением Зенера, и оно обозначается V _z .
Характеристики стабилитронов:
Некоторые обычно используемые детали для стабилитронов:
Стабилитрон/пробойное напряжение – может достигать 1 кВ, в то время как максимальное значение для накладного устройства составляет 47 В.
Ток Iz (макс.) – Максимальный ток при расчетном напряжении стабилитрона (Vz – от 200 мкА до 200 А)
Текущий Из (мин) – Базовое значение тока, необходимого для пробоя диода.
Номинальная сила – Означает максимальную силу, которую может рассеять стабилитрон. Это определяется напряжением диода и током, протекающим через него.
Температурная стабильность – Диоды около 5 В имеют наилучшую безопасность
Допуск по напряжению – Обычно составляет ±5%
Применение стабилитрона
Ниже приведены области применения стабилитрона:
1) Стабилитрон в качестве регулятора напряжения: Стабилитрон используется в качестве шунтирующего регулятора напряжения для управления напряжением на малых нагрузках. Напряжение пробоя стабилитронов будет стабильным в широком диапазоне токов. Зенеровский диод связан с кучей, чтобы заставить ее переключать предрасположенность, и когда стабилитрон превышает напряжение колена, напряжение на куче становится постоянным.
2) Стабилитрон в защите от перенапряжения: В момент, когда информационное напряжение выше, чем напряжение пробоя стабилитрона, напряжение на резисторе падает, вызывая короткое замыкание. Этого можно избежать, используя диод Зенера.
3) Зенеровский диод в цепях ограничения: Зенеровский диод используется для регулировки цепей обрезки формы волны переменного тока путем ограничения частей одной или обеих половин формы волны переменного тока.
Примеры вопросов
Вопрос 1: Что такое стабилитрон?
Ответ:
Зенеровский диод, также называемый пробивным диодом, представляет собой сильно легированный полупроводниковый прибор, предназначенный для работы в обратном направлении. В момент, когда напряжение на клеммах стабилитрона изменяется и потенциал достигает напряжения Зенера (напряжение колена), пересечение разделяется, и ток течет в противоположном направлении. Это воздействие известно как эффект Зенера.
Вопрос 2: Что такое Обратное смещение?
Ответ:
В точке, где p-тип связан с неблагоприятной клеммой батареи, а n-тип связан с положительной стороной, тогда p-n пересечение считается обратным односторонним . Для этой ситуации собственное электрическое поле и приложенное электрическое поле действуют аналогичным образом. В момент, когда два поля складываются, результирующее электрическое поле аналогично основному электрическому полю, создавая более резистивную, более толстую область потребления. Место потребления оказывается более резистивным и более толстым, если приложенное напряжение увеличивается.
Вопрос 3: Что такое лавинный пробой в стабилитроне ?
Ответ:
Лавинный пробой происходит как в обычном диоде, так и в стабилитроне при высоком противоположном напряжении. В момент, когда к пересечению PN прикладывается высокое значение противоположного напряжения, свободные электроны приобретают достаточную энергию и ускоряются с высокой скоростью. Эти свободные электроны, движущиеся с высокой скоростью, сталкиваются с различными молекулами и выбивают больше электронов. Из-за этого последовательного воздействия образуется огромное количество свободных электронов из-за быстрого увеличения электрического потока в диоде. Это резкое расширение электрического потока может навсегда уничтожить обычный диод, тем не менее диод Зенера предназначен для работы в условиях резкого пробоя слайда и может поддерживать неожиданный всплеск потока. В стабилитронах с напряжением стабилитрона (Vz) выше 6В происходит пробой ползуна.
Вопрос 4: Чем стабилитрон отличается от обычного диода?
Ответ:
Принципиальная разница между стабилитроном и обычным диодом заключается во входном токе. Обычный диод позволяет току течь только в одном направлении, в то время как стабилитрон позволяет току течь в двух направлениях.
Вопрос 5: Каковы применения стабилитрона?
Ответ:
Ниже приведены области применения стабилитрона:
1) Зенеровский диод в качестве регулятора напряжения
2) Зенеровский диод в защите от перенапряжения
3) Зенеровский диод в цепях ограничения
Вопрос 6:033 Как Стабилитрон работает в условиях обратного смещения?
Ответ:
Зенеровский диод работает фактически как обычный диод, когда он прямо-односторонний. Тем не менее, при подключении обратного одностороннего режима через диод проходит небольшой ток утечки. Когда противоположное напряжение увеличивается до заданного напряжения пробоя (Vz), через диод начинает течь ток. Ток увеличивается до наибольшего, что диктуется последовательным резистором, после чего он уравновешивается и остается стабильным в широком диапазоне приложенного напряжения.
Навигация по записям
Погружной водяной насос. Погружные насосы: выбор, характеристики и применение для водоснабжения
Реле времени на полевом транзисторе. Как сделать реле времени на полевом транзисторе своими руками: пошаговая инструкция
Похожие записи

21.11.2024 0
Особенности питания кормящей мамы: что можно и нельзя есть при грудном вскармливании

19.11.2024 0
Новорожденный какает слизью: причины появления слизи в кале грудничка

19.11.2024 0
Гемангиома у новорожденных: причины, виды, лечение и профилактика
Добавить комментарий Отменить ответ
Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *
Комментарий *
Имя *
Email *
Сайт

Рубрики
Автолюбителям
Датчик
Лайфхаки
Преобразователь
Своими руками
Схемы
Усилитель
Разное
Карта сайта
© M-Gen