Что такое стабилитрон и как он работает. Какие бывают типы пробоя стабилитронов. Каковы основные характеристики стабилитронов. Где применяются стабилитроны в электронике. Как использовать стабилитрон для защиты от перенапряжений.
Что такое стабилитрон и принцип его работы
Стабилитрон представляет собой специальный полупроводниковый диод, который предназначен для работы в режиме обратного смещения. Основные особенности стабилитрона:
- Проводит ток как при прямом, так и при обратном смещении
- При прямом смещении работает как обычный диод
- При обратном смещении начинает проводить ток при достижении определенного напряжения (напряжения пробоя)
- Изготавливается с использованием сильнолегированного p-n перехода
Принцип работы стабилитрона основан на эффекте электрического пробоя p-n перехода при обратном смещении. При достижении напряжения пробоя ток через стабилитрон резко возрастает, а напряжение на нем остается практически постоянным. Это свойство и используется для стабилизации напряжения.
Типы пробоя в стабилитронах
В стабилитронах могут наблюдаться два типа пробоя при обратном смещении:
1. Пробой Зенера
Пробой Зенера происходит в сильнолегированных p-n переходах при относительно небольших обратных напряжениях (до 5-6 В). Он обусловлен туннельным эффектом — «просачиванием» электронов через узкий потенциальный барьер.
2. Лавинный пробой
Лавинный пробой наблюдается при более высоких обратных напряжениях (более 6-7 В). Он связан с ударной ионизацией атомов полупроводника ускоренными электронами, что приводит к лавинообразному нарастанию тока.
В реальных стабилитронах обычно имеет место смешанный механизм пробоя. Преобладание того или иного типа зависит от степени легирования и величины напряжения пробоя.
Основные характеристики стабилитронов
Ключевыми параметрами стабилитронов являются:
- Напряжение стабилизации (Uст) — напряжение на стабилитроне в режиме пробоя
- Минимальный рабочий ток (Iст.мин) — минимальный ток, при котором обеспечивается стабилизация
- Максимальный рабочий ток (Iст.макс) — максимально допустимый ток стабилитрона
- Дифференциальное сопротивление (rст) — характеризует качество стабилизации
- Температурный коэффициент напряжения (αUст) — зависимость Uст от температуры
Выбор конкретного стабилитрона осуществляется исходя из требуемого напряжения стабилизации и мощности.
Основные области применения стабилитронов
Стабилитроны широко используются в электронных устройствах для решения следующих задач:
- Стабилизация напряжения в источниках питания
- Формирование опорного напряжения
- Ограничение напряжения для защиты схем
- Выделение постоянной составляющей сигнала
- Температурная компенсация в схемах
Рассмотрим подробнее некоторые типовые применения стабилитронов.
Использование стабилитрона для защиты от перенапряжений
Одно из важных применений стабилитронов — защита чувствительных электронных компонентов от перенапряжений. Принцип работы такой схемы:
- Стабилитрон включается параллельно защищаемой цепи
- При нормальном напряжении стабилитрон закрыт и не влияет на работу схемы
- При возникновении перенапряжения стабилитрон открывается и шунтирует защищаемую цепь
- Избыточное напряжение падает на балластном резисторе
Таким образом, стабилитрон не позволяет напряжению на защищаемом компоненте превысить напряжение стабилизации.
Стабилитрон в качестве параметрического стабилизатора напряжения
Наиболее распространенное применение стабилитронов — параметрические стабилизаторы напряжения. Принцип работы такого стабилизатора:
- Входное нестабильное напряжение подается через балластный резистор
- Параллельно нагрузке включается стабилитрон
- При изменении входного напряжения или тока нагрузки меняется ток через стабилитрон
- Напряжение на стабилитроне (и нагрузке) остается практически неизменным
Простейший параметрический стабилизатор позволяет снизить нестабильность выходного напряжения до 1-2% при значительных изменениях входного напряжения и тока нагрузки.
Заключение
Стабилитроны являются простыми, но очень полезными компонентами современной электроники. Их уникальные свойства позволяют эффективно решать задачи стабилизации и ограничения напряжения в различных устройствах. При правильном применении стабилитроны обеспечивают надежную работу электронных схем в широком диапазоне условий.
Юный радиолюбитель
Юный радиолюбитель
ОглавлениеПРЕДИСЛОВИЕ К СЕДЬМОМУ ИЗДАНИЮЮНЫЙ ДРУГ! БЕСЕДА ПЕРВАЯ ИЗ ГЛУБИНЫ ВЕКОВ ЗАГЛЯНЕМ В МИКРОМИР О ПРОВОДНИКАХ, НЕПРОВОДНИКАХ И ПОЛУПРОВОДНИКАХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ: КАКАЯ МЕЖДУ НИМИ СВЯЗЬ? ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК РОЖДАЕТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ РОЖДЕНИЕ РАДИО «ГАЗЕТА БЕЗ БУМАГИ И БЕЗ РАССТОЯНИЙ» БЕСЕДА ВТОРАЯ 2. ПЕРВОЕ ЗНАКОМСТВО С РАДИОПЕРЕДАЧЕЙ И РАДИОПРИЕМОМ О КОЛЕБАНИЯХ И ВОЛНАХ О ПЕРИОДЕ И ЧАСТОТЕ КОЛЕБАНИЙ ЕЩЕ РАЗ О РАДИОВОЛНАХ РАДИОВЕЩАТЕЛЬНЫЕ ДИАПАЗОНЫ ВОЛН РАДИОПЕРЕДАЧА РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН БЕСЕДА ТРЕТЬЯ. ТВОЙ ПЕРВЫЙ РАДИОПРИЕМНИК АНТЕННА И ЗАЗЕМЛЕНИЕ ПЕРВЫЙ РАДИОПРИЕМНИК ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА ТВОЕГО ПРИЕМНИКА КОНСТРУКЦИЯ ПРИЕМНИКА ВОЗМОЖНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ БЕСЕДА ЧЕТВЕРТАЯ. КАК РАБОТАЕТ РАДИОПРИЕМНИК КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР ДЕТЕКТОР И ДЕТЕКТИРОВАНИЕ ГОЛОВНОЙ ТЕЛЕФОН ГРОМКИЙ РАДИОПРИЕМ БЕСЕДА ПЯТАЯ.  ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК И ЕГО ОЦЕНКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ ЗАКОН ОМА ИНДУКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ МОЩНОСТЬ И РАБОТА ТОКА ТРАНСФОРМАЦИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА РЕЗИСТОРЫ КОНДЕНСАТОРЫ СИСТЕМА СОКРАЩЕННОГО ОБОЗНАЧЕНИЯ НОМИНАЛЬНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ РЕЗИСТОРОВ И ЕМКОСТЕЙ КОНДЕНСАТОРОВ КОРОТКО О ПЛАВКОМ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕ ОСТОРОЖНО – ВЫСОКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ! БЕСЕДА ШЕСТАЯ. ПОЛУПРОВОДНИКИ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ ПОЛУПРОВОДНИКИ И ИХ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКА ДИОДЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ СТАБИЛИТРОН И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ ТРАНЗИСТОР – УСИЛИТЕЛЬ СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ КОРОТКО О ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ БЕСЕДА СЕДЬМАЯ. ПЕРВЫЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ ПРИЕМНИК ОТ ДЕТЕКТОРНОГО – К ОДНОТРАНЗИСТОРНОМУ ПРИЕМНИКУ ВАРИАНТЫ ОДНОТРАНЗИСТОРНОГО ПРИЕМНИКА ОДНОТРАНЗИСТОРНЫЙ РЕФЛЕКСНЫЙ ПОДВЕДЕМ НЕКОТОРЫЕ ИТОГИ БЕСЕДА ВОСЬМАЯ.  ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА ПЕРВОЙ НЕОБХОДИМОСТИИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРОБНИКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ МИЛЛИАМПЕРМЕТР ВОЛЬТМЕТР ОММЕТР МИЛЛИАМПЕРВОЛЬТОММЕТР ИЗМЕРЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНЗИСТОРОВ БЕСЕДА ДЕВЯТАЯ. ТВОЯ МАСТЕРСКАЯ ВЕРСТАЧНАЯ ДОСКА РАБОЧИЙ СТОЛ НАУЧИСЬ ПАЯТЬ О НЕКОТОРЫХ МАТЕРИАЛАХ И ПРИЕМАХ МОНТАЖА ГНЕЗДА И ЗАЖИМЫ КОММУТАЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ КОНТУРОВ МАКЕТНАЯ ПАНЕЛЬ ПЕЧАТНЫЙ МОНТАЖ О МЕРАХ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ ПРИ МОНТАЖЕ ТРАНЗИСТОРОВ БЕСЕДА ДЕСЯТАЯ. МИКРОФОНЫ, ЗВУКОСНИМАТЕЛИ, ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ГОЛОВКИ МИКРОФОНЫ ЗВУКОСНИМАТЕЛИ ГОЛОВКИ ДИНАМИЧЕСКИЕ ПРЯМОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ БЕСЕДА ОДИННАДЦАТАЯ. ИСТОЧНИКИ ТОКА ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И БАТАРЕИ АККУМУЛЯТОРЫ И АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ ВЫПРЯМИТЕЛЬ БЕСЕДА ДВЕНАДЦАТАЯ. УСИЛИТЕЛЬ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ КАСКАДЫ УСИЛИТЕЛЯ ПРОСТОЙ ДВУХКАСКАДНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ДВУСТОРОННИЙ ТЕЛЕФОН СТАБИЛИЗАЦИЯ РЕЖИМА РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРА ДВУХТАКТНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ ПАРАМЕТРЫ УСИЛИТЕЛЯ ЗЧ УСИЛИТЕЛЬ ЗЧ С ПОВЫШЕННОЙ ВЫХОДНОЙ МОЩНОСТЬЮ ЭЛЕКТРОФОН ПЕРЕНОСНЫЙ РАДИОУЗЕЛ БЕСЕДА ТРИНАДЦАТАЯ.  ТРАНЗИСТОРНЫЕ ПРИЕМНИКИ ПРЯМОГО УСИЛЕНИЯОТ УСИЛИТЕЛЯ – К ПРИЕМНИКУ ПРЯМОГО УСИЛЕНИЯ УСИЛИТЕЛЬ РАДИОЧАСТОТЫ И МАГНИТНАЯ АНТЕННА О НЕКОТОРЫХ ДЕТАЛЯХ ПОРТАТИВНЫХ ПРИЕМНИКОВ ПОРТАТИВНЫЙ ПРИЕМНИК РАДИОЧАСТОТНЫЙ БЛОК РАДИОЛЫ РЕФЛЕКСНЫЕ ПРИЕМНИКИ БЕСЕДА ЧЕТЫРНАДЦАТАЯ. НА ЭЛЕКТРОННЫХ ЛАМПАХ УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОННОЙ ЛАМПЫ КАК РАБОТАЕТ ДИОД ТРИОД И ЕГО СВОЙСТВА КАТОДЫ ЭЛЕКТРОННЫХ ЛАМП ТРИОД – УСИЛИТЕЛЬ МНОГОЭЛЕКТРОДНЫЕ ЛАМПЫ КОНСТРУКЦИЯ, МАРКИРОВКА И ЦОКОЛЕВКА РАДИОЛАМП УСИЛИТЕЛЬ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ ПРИЕМНИК 1-V-1 БЕСЕДА ПЯТНАДЦАТАЯ. ОТ ПРИЕМНИКА ПРЯМОГО УСИЛЕНИЯ – К СУПЕРГЕТЕРОДИНУ ОСОБЕННОСТИ СУПЕРГЕТЕРОДИНА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ТРАНЗИСТОРНЫЙ СУПЕРГЕТЕРОДИН ЛАМПОВЫЙ СУПЕРГЕТЕРОДИН БЕСЕДА ШЕСТНАДЦАТАЯ. ЗНАКОМСТВО С АВТОМАТИКОЙ ФОТОЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ РЕЛЕ ЭЛЕКТРОННОЕ РЕЛЕ ФОТОРЕЛЕ АВТОМАТ ВКЛЮЧЕНИЯ УЛИЧНОГО ОСВЕЩЕНИЯ РЕЛЕ ВЫДЕРЖКИ ВРЕМЕНИ АКУСТИЧЕСКОЕ РЕЛЕ ЭЛЕКТРОННЫЙ СТОРОЖ КОДОВЫЙ ЗАМОК БЕСЕДА СЕМНАДЦАТАЯ.  О МУЛЬТИВИБРАТОРЕ И ЕГО ПРИМЕНЕНИИМУЛЬТИВИБРАТОР АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ ЖДУЩИЙ МУЛЬТИВИБРАТОР МУЛЬТИВИБРАТОР В ГЕНЕРАТОРАХ И ЭЛЕКТРОННЫХ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЯХ МУЛЬТИВИБРАТОР В РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ИГРУШКАХ МУЗЫКАЛЬНЫЙ АВТОМАТ «СОЛОВЕЙ» БЕСЕДА ВОСЕМНАДЦАТАЯ. ТВОЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ МОСТОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТРАНЗИСТОРНЫЙ ВОЛЬТМЕТР ПОСТОЯННОГО ТОКА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ СИГНАЛОВ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ БЕСЕДА ДЕВЯТНАДЦАТАЯ. НА МИКРОСХЕМАХ НА АНАЛОГОВЫХ МИКРОСХЕМАХ СЕРИЙ К118 и К122 СУПЕРГЕТЕРОДИН НА МИКРОСХЕМАХ СЕРИИ К224 УСИЛИТЕЛЬ ЗЧ НА ОДНОЙ МИКРОСХЕМЕ НА ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТАХ МИНИАТЮРНЫЙ ПРИЕМНИК БЕСЕДА ДВАДЦАТАЯ. СТЕРЕОФОНИЯ СТЕРЕОЭФФЕКТ. ЧТО ЭТО ТАКОЕ? СТЕРЕОФОНИЧЕСКИЙ ЗВУКОСНИМАТЕЛЬ СТЕРЕОФОНИЯ НА ГОЛОВНЫЕ ТЕЛЕФОНЫ СТЕРЕОФОНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС БЕСЕДА ДВАДЦАТЬ ПЕРВАЯ. ВВЕДЕНИЕ В ЭЛЕКТРО- И ЦВЕТОМУЗЫКУ О НЕКОТОРЫХ СВОЙСТВАХ МУЗЫКАЛЬНОГО ЗВУКА ТЕРМЕНВОКС ЗВУЧАЩАЯ КЛАВИАТУРА ЭЛЕКТРОННЫЙ РОЯЛЬ ЭЛЕКТРОГИТАРА О ЦВЕТОМУЗЫКЕ ЦВЕТОМУЗЫКАЛЬНАЯ ПРИСТАВКА СВЕТОДИНАМИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА БЕСЕДА ДВАДЦАТЬ ВТОРАЯ.  ТЕЛЕУПРАВЛЕНИЕ МОДЕЛЯМИМОДЕЛЬ ИДЕТ НА СВЕТ ДЕШИФРАТОР МОДЕЛЬ, УПРАВЛЯЕМАЯ ЗВУКОМ АППАРАТУРА РАДИОУПРАВЛЕНИЯ МОДЕЛЯМИ БЕСЕДА ДВАДЦАТЬ ТРЕТЬЯ. ПРИГЛАШЕНИЕ В РАДИОСПОРТ ЧТО ТАКОЕ «ЛИСА»? РАДИОКОМПАС ПРИЕМНИК «ЛИСОЛОВА» НА СОРЕВНОВАНИЯХ РАДИОСПОРТСМЕНЫ КОРОТКОВОЛНОВИКИ ТРАНСИВЕР НАЧИНАЮЩЕГО КОРОТКОВОЛНОВИКА БЕСЕДА ДВАДЦАТЬ ЧЕТВЕРТАЯ. НА СТРАЖЕ ОТЧИЗНЫ ОРУЖИЕ РАДИСТА ОРГАНИЗАЦИЯ РАДИОСВЯЗИ РАДИОРЕЛЕЙНАЯ СВЯЗЬ РАДИОЛОКАЦИЯ ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ 1. МЕЖДУНАРОДНАЯ СИСТЕМА ЕДИНИЦ 2. УСЛОВНЫЕ БУКВЕННО-ЦИФРОВЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМАХ |
Стабилитроны от ON Semiconductor: простое решение сложных проблем
Компания ON Semiconductor, основанная в 1999 году (Феникс, Аризона, США), является мировым лидером в поставках высококачественных дискретных компонентов, и далеко не последнее место здесь занимают стабилитроны. И хотя сегодня наблюдается все больший акцент на микросхемных решениях, эти элементы обеспечивают максимальную экономию энергии в приложениях, чувствительных к энергопотреблению, таких как сетевые зарядные устройства (адаптеры), источники питания, осветительные приборы, компьютеры, промышленные устройства управления и автоматики, бытовая техника.
Введение
Стабилитроны являются уникальными устройствами среди полупроводниковых приборов, в широкую практику они вошли в 50-х годах прошлого века. В англоязычной технической литературе его называют «Диод Зенера» по имени Кларенса Мэлвина Зенера (Clarence Melvin Zener), открывшего эффект туннельного пробоя. Из-за своих необычных свойств, помимо других полезных функций, основное применение стабилитронов — это стабилизаторы напряжения и источники опорного напряжения. Современные стабилитроны доступны в широком диапазоне уровней напряжения и мощности.
Что такое стабилитрон
Стабилитрон хоть и привычен, но не так прост, как кажется. Активная часть стабилитрона представляет собой полупроводниковый p-n-переход. У смещенного в прямом направлении p-n-перехода сопротивление весьма низкое. Это связано с тем, что дырки с положительным зарядом очень легко движутся через переход к отрицательной стороне. И наоборот, электроны легко движутся в другом направлении.
Когда же p-n-переход смещен в обратном направлении, то область p-типа становится более отрицательной, чем область n—типа. При напряжениях ниже напряжения пробоя перехода через границы перехода протекает очень слабый ток. По мере того как обратное напряжение увеличивается до точки, называемой точкой напряжения пробоя, и выше, проводимость тока через переход быстро увеличивается. Переход от низкого значения обратного тока к области нарастания тока очень резкий и хорошо проявляется в большинстве p-n-переходов. Этот участок вольтамперной характеристики (ВАХ) называется коленом Зенера. Когда на p-n-переход подаются обратные напряжения, превышающие точку пробоя напряжения, падение напряжения на переходе остается практически постоянным при значении напряжения пробоя для относительно широкого диапазона токов. Эта область за пределами точки пробоя напряжения называется областью напряжения стабилизации стабилитрона. ВАХ типичного стабилитрона с напряжением стабилизации 30 В представлена на рис.
1 и показывает, что стабилитрон проводит ток в обоих направлениях.
Рис. 1. Вольтамперная характеристика типичного 30-В стабилитрона
Как можно видеть на рис. 1, прямой ток IF является функцией прямого напряжения VF. Обратите внимание, что IF мало до тех пор, пока VF лежит ниже 0,65 В, после чего ток увеличивается очень быстро. Для VF> 0,65 В ток IF ограничен главным образом сопротивлением внешней цепи. Обратный ток IR является функцией от обратного напряжения VR, но для большинства практических целей он, до тех пор, пока обратное напряжение не приблизится к VZ (напряжению пробоя p-n—перехода), его можно считать равным нулю, после чего он резко возрастает. Поскольку обратный ток для уровней напряжения VR <V Z мал, а для VR> VZ велик, каждая из областей тока определяется своим символом.
Для области тока утечки, то есть непроводящей области, между 0 В и VZ, обратный ток обозначается символом IR, для области стабилизации VR ≥ VZ, обратный ток обозначается символом IZ. Что касается спецификации, то ток IR обычно указывается при обратном напряжении VR ≈ 0,8 VZ.
Для большинства применений стабилитроны хорошо работают в области пробоя на токах IZT–IZM. Большинство производителей, для того чтобы указать минимальный рабочий ток для обеспечения разумного подхода к стабилизации напряжения, дают дополнительный параметр в виде тока IZK (на рис. 4 IZK = 5 мА). Этот минимальный ток IZK варьируется в зависимости от конкретного типа стабилитронов. Максимальный ток стабилитрона IZM следует считать максимальным обратным током, рекомендованным производителем. Значения IZM также указываются в спецификации.
Между границами токов IZK и IZM, которые в примере, приведенном на рис.
1, составляют 5 и 1400 мА (1,4 А) соответственно, напряжение на диоде по существу постоянно и примерно равно VZ. Эта область плоская, однако имеет большой положительный наклон, так что точное значение обратного напряжения в зависимости от установленного тока IZ будет слегка меняться.
Изготовление стабилитронов схоже с изготовлением полупроводниковых диодов, но имеет ряд отличий. Основные этапы изготовления стабилитронов представлены в [2]. Процесс начинается с выращивания ультрачистого защитного пассивирующего слоя диоксида кремния. Оксид обычно выращивают в интервале температур +900…+1200 °C. Как только защитный слой из диоксида кремния будет сформирован, его необходимо выборочно удалить из тех областей, куда будут вводиться атомы легирующей примеси. Это делается с помощью фотолитографических методов.
Затем оксид травится, образуя открытые участки, в которые будет вводиться легирующая добавка. Внедрение легирующих примесей нередко проводят в двухстадийном процессе, разделяя фазы загонки примеси в приповерхностную область и разгонки загнанной примеси по требуемому объему (отжига).
После того как легирующая добавка осаждена, p-n переходы образуются при последующей высокотемпературной обработке, типичный диапазон +1100…+1250 °С. Результирующий профиль перехода определяется фоновой концентрацией исходного субстрата, количеством легирующей примеси, нанесенной на поверхность, а также временем и температурой, использованными во время ввода легирующей примеси. Этот профиль соединения определяет электрические характеристики устройства. После еще ряда технологических операций, включая шлифовку пластин до нужной толщины, на завершающей стадии открывается область контакта, в которой осаждается металлизация анода.
Система соединительной металлизации для стабилитронов ON Semiconductor используется исходя из требований по корпусированию. Металл осаждают в ультрачистых вакуумных камерах с использованием методов электронно-лучевого испарения. Качество пластин тщательно контролируется на протяжении всего процесса изготовления, а в самом процессе, для того чтобы минимизировать загрязнение и избежать повреждения заготовок, компанией ON Semiconductor используется специальное оборудование.
Это дополнительно повышает качество и стабильность параметров стабилитронов.
Корпусирование
Корпусирование является важным этапом, определяющим качественные характеристики и надежность любого компонента РЭА. Стабилитроны компании ON Semiconductor выпускаются в пластмассовых и стеклянных корпусах, в выводном и SMD-исполнении, в том числе и в корпусах POWERMITE. Чертежи корпусов стабилитронов компании ON Semiconductor доступны по ссылке [4], а их внешний вид представлен на рис. 2.
Рис. 2. Типы корпусов стабилитронов, выпускаемых компанией ON Semiconductor
Кроме стабилитронов в стандартных выводных корпусах компанией ON Semiconductor предлагаются устройства в пластиковых корпусах Surmetic, которые, в отличие от DO-35 и DO-41 (рис. 3а), собирают в два этапа. Вначале сборочный автомат припаивает кремниевый кристалл диода встык к уширенным торцам выводов. Выводы изготавливаются из бескислородной меди, а их сечение сопоставимо с площадью кремниевого кристалла или превышают его, в результате улучшается отвод тепла.
Потом торцы выводов формуются в форме шляпки гвоздя и обычно предварительно облуживаются. После пайки в сборочном автомате полуфабрикаты упаковываются в герметичные пластиковые цилиндры из термореактивной пластмассы (рис. 3б). На сайтах некоторые поставщики идентифицируют корпуса Surmetic 30 и 40, как DO-35 и DO-41, хотя это в корне не верно.
Рис. 3. Варианты корпусирования стабилитронов, используемые компанией ON Semiconductor: а) в корпусе типа DO-35; б) в пластиковом корпусе Surmetic 30
После сборки стабилитроны компании ON Semiconductor подвергаются проверке в ходе приемо-сдаточных и периодических испытаний. Подробно эти процессы и методы контроля изложены в [2].
Перечень коммерчески доступных на текущий момент стабилитронов компании ON Semiconductor одиночного исполнения общего применения приведен в таблице.
Таблица. Стабилитроны компании ON Semiconductor
Основной тип/серия | Описание | Мощность, Вт | Диапазон напряжений, В | Тип корпуса | |
|---|---|---|---|---|---|
ном. | макс. | ||||
1SMA59xxBT3G SZ1SMA59xxBT3G* | 1,5-Вт стабилитроны для поверхностного монтажа | 0,5 | 1,5 | 3,3–68 | DO-214AC, SMA-2 |
1SMF5920B | Стабилитрон 2,5 Вт в корпусе с плоскими выводами (Flat Lead) | 0,35 | 2,5 | 6,2 | SOD-123FL-2 |
1N59xxB | 3-Вт стабилитрон в корпусе DO-41, Surmetic 30 | 1 | 3 | 3,3–200 | DO-204AL, DO-41 |
MZP4729A | 3-Вт стабилитрон в корпусе DO-41, Surmetic 30 | 1 | 3 | 3,6–30 | DO-204AL, DO-41 |
3EZ6. | 3-Вт стабилитрон в корпусе DO-41, Surmetic 30 | 1 | 3 | 6,2–18 | DO-204AL, DO-41 |
1SMB59xxBT3G SZ1SMB59xxT3G* | 3-Вт стабилитроны поверхностного монтажа | 0,55 | 3 | 3,3–200 | DO-214AA, SMB-2 |
1PMT5920B | 3,2-Вт пластиковый корпус для поверхностного монтажа POWERMITE | 0,5 | 3,2 | 6,2–47 | DO-216AA |
1N59xxBRNG | 3-Вт стабилитрон в корпусе DO-41, Surmetic 30 | 1 | 3 | 3,3–200 | DO-204AL, DO-41, выводной |
1N53 | 5-Вт стабилитрон в корпусе Surmetic 40 |
| 5 | 3,3–200 | 017AA-2, выводной |
1N5221B | 500-мВт стабилитрон общего назначения | 0,5 |
| 2,4–56 | DO-35-2, выводной |
BZX79C | 500-мВт стабилитрон общего назначения в корпусе DO-35 | 0,5 |
| 2,6–60 | DO-35, выводной |
BZX84CxxxET1G SZBZX84CxxxET1G* | SOT-23 для поверхностного монтажа, подавляющий выбросы напряжения, пиковая мощность 225 Вт (8×20 мкс) | 0,225 | 0,25, 0,30 | 2,4–75 | SOT-23 |
MMBZ52xxELT1G SZMMBZ52xxELT1G* | SOT-23 для поверхностного монтажа, подавляющий выбросы напряжения, пиковая мощность 225 Вт (8×20 мкс) | 0,225 | 0,3 | 2,4–91 | SOT-23 |
MMSZ52xxET1G SZMMSZ52xxET1G* | Подавляющий выбросы напряжения, пиковая мощность 225 Вт (8×20 мкс) | 0,225 | 0,5, 0,34 | 2,4–110 | SOD-123 |
MMSZxxxET1G SZMMSZxxxET1G* | SOD-123 для поверхностного монтажа, подавляющий выбросы напряжения, пиковая мощность 225 Вт (8×20 мкс) | 0,225 | 0,5, 0,34 | 2,4–56 | SOD-123 |
MMSZ4xxxET1G SZMMSZ4xxxET1G* | SOD-123 для поверхностного монтажа, подавляющий выбросы напряжения, пиковая мощность 225 Вт (8×20 мкс) | 0,225 | 0,5, 0,34 | 1,8–43 | SOD-123 |
MM3Z2V4B-MM3Z75VB | Стабилитроны общего назначения в небольшом тонком корпусе | 0,2 |
| 2,4–75 | SOD-323F |
MMSZ | Стабилитроны общего назначения | 1 | 2,3 | 5,6–36 | SOD-123 F |
NZ9F2V4ST5G, SZNZ9F2V4ST5G* | Стабилитроны общего и специального назначения | 0,25 |
| 2,4–18 | SOD-923 |
NZ9F2V4T5G, SZNZ9F2V4T5G* | Стабилитроны общего и автомобильного назначения | 0,25 |
| 2,4–24 | SOD-923 |
MMSZ4xxxT1G SZMMSZ4xxxT1G* | 500 мВт, с низким IZT, SOD-123 для поверхностного монтажа | 0,5 |
| 1,8–43 | SOD-123 |
MMSZ52xxxT1G SZMMSZ52xxxT1G | 500 мВт, SOD-123 для поверхностного монтажа | 0,5 |
| 2,4–110 | SOD-123 |
MM3ZxxxST1G SZMM3ZxxxST1G* | 300 мВт SOD−323 серия стабилитронов с жесткими допусками по размерам | 0,3 |
| 3,3–36 | SOD-323 |
BZG03C15 | Стабилитроны с пиковой мощностью 600 Вт (100 мкс) | 1,5 |
| 15–150 | SMA |
MM3ZxxxT1G SZMM3ZxxxT1G* | 300 мВт, SOD-123 для поверхностного монтажа | 0,3 |
| 2,4–75 | SOD-323 |
BZX84BxxxLT1G BZX84CxxxLT1G SZBZX84BxxxLT1G* SZBZX84CxxxLT1G* | 250 мВ SOT-23 для поверхностного монтажа | 0,25 | 0,3 | 2,4–75 | SOT-23 |
NZ8F** | 225 мВ, со смачиваемыми фланцами (Wettable Flank) для лучшего оптического контроля | 0,25 | 0,5 | 2,4–47 | X2DFNW2 |
1N4728A–1N4758A | Стабилитроны общего назначения |
| 1 | 3,3–56 | DO-41 |
BZX85C | Стабилитроны общего назначения | 1 | 1. | 3,3–56 | DO-41 |
BZX79C | Стабилитроны общего назначения | 0.5 |
| 2,4–56 | DO-35 |
NZD5V1MU/D | 200 мВт, в микрокорпусе | 0,2 |
| 2,2–9,1 | X3DFN2 |
MM5ZxxxT1G SZMM5ZxxxT1G* | 500 мВт SOD-523 для поверхностного монтажа | 0,5 |
| 2,4–75 | SOD-523 |
MM5Z4xxxT1G SZMM5Z4xxxT1G | 500 мВт, с низким IZT, SOD-523 для поверхностного монтажа | 0,5 |
| 1,8–43 | SOD-523 |
MMBZ52xxBLT1G** SZMMBZ52xxBLT1G* | 225 мВт, общего назначения, SOT-23 для поверхностного монтажа | 0,25 | 0,3 | 2,4–91 | SOT-23 |
MMSZxxxT1G SZMMSZxxxT1G* | 500 мВт, SOD-123 для поверхностного монтажа | 0,5 |
| 2,4–56 | SOD-123 |
NSZ5V6V2 | 200 мВт, общего назначения SOD-523 для поверхностного монтажа | 0,2 |
| 5,6 | SOD-523 |
MM5ZxxxST1G SZMM5ZxxxST1G* | 500 мВт, SOD-523 для поверхностного монтажа | 0,5 |
| 2,4–18 | SOD-523 |
2D5
3Примечание.
*Префикс SZ исполнение для автомобильной промышленности. **Новинка.
Применение
Рекомендации по применению стабилитронов компании ON Semiconductor доступны в [1] и в документации, приведенной на сайте компании [3]. Информация по корпусированию доступна по ссылке [4].
Стабилитроны используются не только по своему прямому назначению в качестве источников опорного напряжения и параметрических стабилизаторов, но еще как нелинейные сопротивления, генераторы шума (наибольший уровень шумов наблюдается в области перелома ВАХ, в полосе частот 0–200 кГц имеет характер белого шума), перестраиваемые конденсаторы (стабили трон может использоваться в качестве своеобразного варикапа большой емкости), ограничители, формирователи прямоугольных сигналов и еще в ряде приложений.
Заключение
Компания ON Semiconductor ведет агрессивную рыночную политику: так, ее позиции в области дискретных компонентов, в том числе и стабилитронов, значительно усилились после поглощения в 2016 году одной из старейших полупроводниковых компаний — Fairchild Semiconductor, которая была основана в далеком 1957 году и сделала ставку именно на кремний.
Как можно видеть из перечисленных в таблице предлагаемых компанией ON Semiconductor стабилитронов одиночного исполнения, их номенклатура достаточно широка, чтобы удовлетворить потребности самых разнообразных приложений.
Применение стабилитрона » Freak Engineer
Стабилитрон
— это специальный диод с PN-переходом, предназначенный для работы в условиях обратного смещения. Он проводит ток как при прямом, так и при обратном смещении. При прямом смещении он действует как обычный диод.
Его также можно определить как полупроводниковое устройство, выполненное с использованием PN-перехода, которое проводит ток в условиях обратного смещения при достижении желаемого/указанного напряжения.
Стабилитроны изготавливаются путем легирования высокой концентрации материала P-типа и N-типа. Концентрация ионов в материале сохраняется выше, чем в обычном диоде. Следовательно, у него очень тонкая область истощения.
Указанное напряжение, выше которого стабилитрон проводит ток в состоянии обратного смещения, называется напряжением пробоя или напряжением Зенера.
Нормальные диоды повреждаются/перегорают в условиях обратного смещения.
Стабилитрон Обозначение
Символ стабилитрона показан на рисунке ниже. Он имеет две клеммы, обозначенные как анод и катод.
Пробой стабилитрона
Стабилитроны имеют два типа обратного пробоя.
Пробой Зенера
- Пробой Зенера происходит в сильно легированных диодах. Когда обратное напряжение, подаваемое на диод, увеличивается. Тонкая область обеднения генерирует сильное электрическое поле.
- Когда приложенное обратное напряжение приближается к напряжению Зенера.
Электрическое поле в обедненной области становится достаточно сильным, чтобы вытягивать электроны из валентной зоны. Валентные электроны получают достаточно энергии от электрического поля, чтобы разорвать связь с родительским атомом. - Вырывающиеся валентные электроны теперь являются свободными электронами. Эти свободные электроны переносят ток. В области стабилитронного пробоя даже небольшое увеличение напряжения приводит к сильному увеличению тока.
Электрическое поле в обедненной области становится достаточно сильным, чтобы вытягивать электроны из валентной зоны. Валентные электроны получают достаточно энергии от электрического поля, чтобы разорвать связь с родительским атомом.Лавинный пробой
- Лавинный пробой происходит как в обычных PN-диодах, так и в стабилитронах, но при очень высоком обратном напряжении.
- При очень высоком обратном напряжении. Свободные электроны (которые являются неосновными носителями) получают огромное количество энергии и разгоняются до большей скорости.
- Эти высокоскоростные свободные электроны сталкиваются с атомами и извлекают электроны. Далее эти электроны снова разгоняются и сталкиваются с другими атомами. Таким образом генерируется очень большое количество свободных электронов.
- Эти свободные электроны приводят к быстрому увеличению тока внутри диода, что разрушает его.
Таким образом генерируется очень большое количество свободных электронов.VI Характеристики стабилитрона
Характеристики VI стабилитрона показаны на рисунке ниже.
Когда на стабилитрон подается смещенное в прямом направлении напряжение, он действует как обычный диод.
Однако при подаче обратного напряжения. Стабилитрон допускает небольшой ток утечки, пока не будет достигнуто напряжение Зенера.
Когда приложенное напряжение достигает напряжения Зенера, это позволяет протекать большому количеству тока. Теперь даже небольшое увеличение приложенного напряжения будет быстро увеличивать ток.
Внезапное увеличение электрического тока вызывает пробой, известный как пробой Зенера. Тем не менее, диоды Зенера созданы для того, чтобы справляться с такими поломками без повреждений.
Количество легирования определяет напряжение пробоя Зенера.
Пробой стабилитрона происходит при низком обратном напряжении, когда он сильно легирован. Тогда как при слабом легировании диода пробой происходит при высоком обратном напряжении.
Следует помнить –
- Пробой стабилитрона происходит из-за тонкой области обеднения.
- Для стабилитрона область пробоя соответствует нормальной рабочей области.
- Лавинный пробой происходит при высоком обратном напряжении, тогда как пробой Зенера происходит при низком обратном напряжении.
Применение стабилитрона
Стабилитронышироко используются во всех видах электронных схем.
Применение стабилитрона –
- Защита от перенапряжения
- Регулятор напряжения
Защита от перенапряжения
Давайте разберемся на примере.
Предположим, для схемы требуется 6 вольт. Поэтому мы ставим стабилитрон с напряжением пробоя 6 вольт. Когда перенапряжение, предположим, 10 вольт пытается броситься через цепь, которой требуется 6 вольт, цепь может перегореть.
Здесь вступает в действие стабилитрон. При напряжении выше 6 вольт стабилитрон начинает проводить ток и обеспечивает постоянное выходное напряжение 6 вольт в цепи.
Стабилитрон в качестве регулятора напряжения
Наиболее распространенным применением стабилитрона является его использование в качестве регулятора напряжения. Он может вводить широкий диапазон напряжения, чтобы обеспечить постоянное и точное выходное напряжение.
Когда достигается напряжение Зенера / напряжение пробоя, выходное напряжение становится постоянным.
Для ограничения избыточного тока через стабилитрон последовательно добавляется резистор.
Преимущества стабилитрона
Преимущества стабилитрона следующие –
- Стабилитроны дешевы.
- Небольшие размеры
- Высокая точность
- Высокая мощность
Характеристики стабилитрона
Некоторые общие характеристики стабилитрона: –
- Диапазон обратного напряжения пробоя стабилитрона (V z ) находится в пределах от 2,4 В до 200 В.
- Минимальный ток, необходимый для пробоя Зенера, составляет от 5 мА до 10 мА.
- Общая номинальная мощность стабилитронов составляет 400 мВт, 500 мВт, 1 Вт и 5 Вт.
- Допустимое отклонение напряжения стабилитрона составляет ± 5 %.
Автор
Акаш Шарма
Поделиться этим сообщением
Применение стабилитронов — регулятор напряжения, защита счетчика и формирователь волны
Стабилитроны находят широкое применение в коммерческих и промышленных целях. Некоторые из важных применений стабилитронов: Регулятор напряжения или Стабилизатор , в качестве Защитного устройства и в качестве формирователя волны . Они подробно обсуждаются ниже.
В качестве стабилизатора напряжения
Основное применение стабилитрона в электронной схеме — регулятор напряжения. Он подает на нагрузку постоянное напряжение от источника, напряжение которого может изменяться в достаточном диапазоне.
На рисунке ниже показана схема стабилитрона в качестве регулятора.
В приведенной выше схеме стабилитрон с напряжением Зенера V Z подключен к нагрузке R L в обратном порядке. Постоянное напряжение (V 0 = V Z ) является желаемым напряжением на нагрузке. Колебания выходного напряжения поглощаются последовательным резистором R, включенным последовательно с цепью. Это поддерживает постоянное напряжение (V 0 ) на нагрузке.
Пусть переменное напряжение V в приложено к нагрузке R л . Когда значение V в меньше, чем напряжение Зенера V Z на стабилитрон, ток через него не течет и такое же напряжение появляется на нагрузке. Стабилитроны проводят большой ток, когда входное напряжение V в больше, чем напряжение стабилитрона Vz. В результате через последовательный резистор R протекает большой ток, что увеличивает падение напряжения на нем.
Таким образом, входное напряжение, превышающее Vз (т.
е. В в – В Z ) поглощается последовательным резистором. Следовательно, на нагрузке R L поддерживается постоянное напряжение V 0 = Vz . Когда стабилитрон с напряжением Зенера Vz подключен в обратном направлении параллельно нагрузке, он поддерживает постоянное напряжение на нагрузке, равное Vz, и, следовательно, стабилизирует выходное напряжение.
Для защиты счетчика
Зенеровские диоды обычно используются в мультиметрах для защиты движения счетчика от повреждения при случайных перегрузках. Зенеровский диод подключается параллельно измерителю с точки зрения безопасности.
Принципиальная схема показана ниже:
Механизм счетчика защищен от любых повреждений, так как большая часть тока проходит через стабилитрон в случае любой случайной перегрузки. Когда движение счетчика необходимо защитить, независимо от применяемой полярности (т. е. при пропускании переменного тока).
Схема изменена, как показано на рисунке ниже:
Для формирования волны
Стабилитроны также используются для преобразования синусоидальной волны в прямоугольную.
