Ток стабилизации стабилитрона: ток стабилизации — это… Что такое ток стабилизации?

ток стабилизации — это… Что такое ток стабилизации?

ток стабилизации

Zener current

Большой англо-русский и русско-английский словарь. 2001.

• ток срабатывания
• ток стирания

Смотреть что такое «ток стабилизации» в других словарях:

• ток стабилизации стабилитрона — Iст Iz Значение постоянного тока, протекающего через стабилитрон в режиме стабилизации. [ГОСТ 25529 82] Тематики полупроводниковые приборы Обобщающие термины стабилитроны EN continuous current within the working voltage range DE Z Strom der Z… …   Справочник технического переводчика

• Ток стабилизации стабилитрона — 82. Ток стабилизации стабилитрона D. Z Strom der Z Diode E. Continuous current within the working voltage range F.

  Courant continu inverse pour la gamme des tensions de régulation Iст Значение постоянного тока, протекающего через стабилитрон в… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• импульсный ток стабилизации стабилитрона — Iст IZM Наибольшее мгновенное значение тока стабилизации стабилитрона. [ГОСТ 25529 82] Тематики полупроводниковые приборы Обобщающие термины стабилитроны …   Справочник технического переводчика

• Импульсный ток стабилизации стабилитрона — 83. Импульсный ток стабилизации стабилитрона Iст.и Наибольшее мгновенное значение тока стабилизации стабилитрона Источник: ГОСТ 25529 82: Диоды полупроводниковые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• ток — ((continuous) current carrying capacity ampacity (US)): Максимальное значение электрического тока, который может протекать длительно по проводнику, устройству или аппарату при определенных условиях без превышения определенного значения их… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• импульсный ток — 3.9 импульсный ток Iimp (impulse current Iimp): Определяется тремя параметрами: пиковым значением тока Ipeak, зарядом Q и удельной энергией W/R. Примечание Применяют при классификации УЗИП для испытаний класса I. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• ГОСТ 25529-82: Диоды полупроводниковые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров — Терминология ГОСТ 25529 82: Диоды полупроводниковые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров оригинал документа: 87. Временная нестабильность напряжения стабилизации стабилитрона D. Zeitliche Instabilitat der Z Spannung der Z… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Стабилитрон

  — У этого термина существуют и другие значения, см. Стабилитрон (значения) …   Википедия

• ГОСТ 29108-91: Приборы полупроводниковые. Микросхемы интегральные. Часть 3. Аналоговые интегральные схемы — Терминология ГОСТ 29108 91: Приборы полупроводниковые. Микросхемы интегральные. Часть 3. Аналоговые интегральные схемы оригинал документа: 2.2.4.3. Время восстановления входного напряжения Интервал времени от заданного ступенчатого изменения… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• время — 3.3.4 время tE (time tE): время нагрева начальным пусковым переменным током IА обмотки ротора или статора от температуры, достигаемой в номинальном режиме работы, до допустимой температуры при максимальной температуре окружающей среды. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Стабилизатор напряжения — У этого термина существуют и другие значения, см. Стабилизатор. Стабилизатор напряжения преобразователь электрической энергии, позволяющий получить на выходе напряжение, находящееся в заданных пределах при значительно больших колебаниях входного… …   Википедия

Как работает стабилитрон. » Хабстаб

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

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

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

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

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

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

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

Простейшая схема стабилизатора на стабилитроне выглядит следующим образом.

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

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

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

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

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

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

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

Формула для его вычисления выглядит следующим образом

• Uin — входное напряжение
  
• Uz — напряжение стабилизации
  
• Iz — минимальный ток стабилизации
  
• I — ток нагрузки
  

2.2.2. Принцип стабилизации напряжения

Принцип стабилизации напряжения с помощью стабилитрона удобно пояснить с помощью схемы простейшего параметрического стабилизатора напряжения (рис.3) и обратной ветви ВАХ стабилитрона, представленной на рис.4.

Стабилитроны, в отличие от других диодов, имеют свое графическое изображение в схемах, показанное на рис.3.

При входном напряжении стабилитрон пропускает лишь пренебрежимо малый обратный ток, поэтому ток в цепи определяется суммой сопротивлений. Еслипревыситнаступает режим пробояp – n перехода и при малых изменениях напряжения на стабилитроне и нагрузке ток через стабилитрон изменяется весьма значительно. Ток через балластное сопротивление равен сумме токов стабилитронаи нагрузки. Так, если входное напряжение повысилось, то это приведет к росту тока стабилитрона и тока через сопротивление. Падение напряжения навозрастает, а на нагрузке и стабилитроне напряжение изменяется весьма незначительно.

2.2.3. Параметры стабилитрона

Наиболее важными параметрами стабилитрона являются следующие:

1. Напряжение стабилизации — значение напряжения на стабилитроне при протекании через него заданного (номинального) тока стабилизации. Напряжение пробоя, т.е. и напряжение стабилизации зависит от толщиныp – n перехода или удельного сопротивления базы (см.(2.1)). Чем выше степень легирования базы, тем меньше ее удельное сопротивление, и тем ниже будет напряжение стабилизации.

2. Максимально – допустимая мощность рассеяния , стабилитрона при комнатной температуре:

(2.5)

где: — максимальный ток стабилитрона,- номинальное напряжение стабилизации. По величинестабилитроны делятся на три группы:

— стабилитроны малой мощности Вт;

— стабилитроны средней мощности Вт;

— стабилитроны большой мощности Вт;

3. Минимальный имаксимальный токи стабилизации (рис.4).

Эти токи ограничивают область вольт – амперной характеристики стабилитрона, в которой он способен выполнять свои функции при обеспечении заданной надежности работы.

Начало рабочего участка ВАХ в точке А (рис.4), который и соответствует значению тока . При меньших значениях тока дифференциальное сопротивление стабилитронаеще велико и зависит от величины тока достаточно резко. Кроме того, в стабилитронах с лавинным пробоем при меньших токах процесс ударной ионизации крайне неустойчив, поэтому в выходном сигнале возникают значительные шумы. Они исчезают, когда процесс ударной ионизации становится устойчивым, т.е. при токах, больших, чем. У маломощных стабилитроновможет быть 1…3 мА.

Точка B на ВАХ стабилитрона ограничивает рабочий ток по величине сверху и соответствует току ; Этот ток определяется значением максимально допустимой мощности рассеяния(см.(2.5)):

(2.6)

Превышение тока над приводит к разогревуp – n перехода, к лавинному пробою добавляется тепловой, ток растет еще быстрее и стабилитрон выходит из строя.

Значение для разных типов стабилитронов может лежать в пределах от 10 мА до 2 А.

4. Дифференциальное сопротивление стабилитрона

   , находится как:

(2.7)

и определяет тангенс угла наклона обратной ветви ВАХ к оси тока. В рабочей области ВАХ (участок AB) практически линейна, поэтому дифференциальное сопротивление можно находить как:

(2.8)

Значение — изменяется от долей Ома до десятков Ом для различных типов стабилитронов. Если же, то дифференциальное сопротивление резко возрастает, поэтому при таких токах стабилитрон перестает выполнять свои функции.

Значение определяет качество стабилитрона. Чем меньше изменения напряжения стабилизациипри заданном изменении тока стабилитрона, тем выше качество стабилитрона.

5. Статическое сопротивление илисопротивление стабилитрона постоянному току в рабочей точке определяется:

(2.9)

6. Добротность стабилитрона определяют как

(2.10)

Из рис.4 видно, что , поэтому. Чем больше это отношение, тем лучше стабилизирующее действие прибора. Как правило,.

7. Температурный коэффициент напряжения стабилизации (ТКН) указывает влияние температуры окружающей среды на напряжение стабилизации:

; [%/], (2.11)

где: — отклонение напряжения стабилизацииот номинального при изменении температуры на.

Из (2.11) следует, что определяется отношением относительного изменения напряжения стабилизации () к абсолютному изменению температуры окружающей средыпри постоянном токе стабилизации.

Типичный график зависимости от напряжения стабилизации показан на рис.5. Как видно из графика ТКН изменяется по величине и знаку, что объясняется различными механизмами пробоя, обсужденными в п.2.2.1.

У стабилитронов с пробоем лавинного типа . Для компенсации температурного дрейфа напряжения стабилизации используют последовательное включение с основным стабилитроном одного или нескольких диодов в прямом направлении, прямые ветви ВАХ которых имеют отрицательный ТКН. Таким образом суммарный ТКН может быть сведен практически к нулю. Например, в прецизионных стабилитронах Д 818 и КС 191 используют три последовательно соединенныхp – n перехода, размещенных в одном корпусе. Один из них включен в обратном направлении и работает как стабилизирующий, а два других, компенсирующих, — в прямом. У них ТКН очень мал: %/.

Глава 21. Стабилитроны . Введение в электронику

ЦЕЛИ

После изучения этой главы студент должен быть в состоянии:

• Описать назначение и характеристики стабилитрона.

• Нарисовать схематическое обозначение стабилитрона и пометить его выводы.

• Объяснить, как работает стабилитрон в качестве регулятора напряжения.

• Описать процедуру проверки стабилитронов.

Стабилитроны очень похожи на диоды с р-n переходом. Они сконструированы для пропускания, главным образом, обратного тока. Стабилитроны широко применяются для управления напряжением в цепях любого типа.

21-1. ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАБИЛИТРОНОВ

Как установлено ранее, высокое напряжение обратного смещения, приложенное к диоду, может создать сильный обратный ток, который перегреет диод и приведет к пробою диода. Обратное напряжение, при котором наступает пробой, называется напряжением пробоя или максимальным обратным напряжением. Специальный диод, который называется стабилитроном, предназначен для работы в режиме обратного смещения. Он рассчитан для работы при напряжениях, превышающих напряжение пробоя. Эта область пробоя называется областью стабилизации.

Когда напряжение обратного смещения достаточно велико для того, чтобы вызвать пробой стабилитрона, через него течет высокий обратный ток (I_Z), до наступления пробоя обратный ток невелик. После наступления пробоя обратный ток резко возрастает. Эго происходит потому, что сопротивление стабилитрона уменьшается при увеличении обратного напряжения.

Напряжение пробоя стабилитрона (E_z) определяется удельным сопротивлением диода. Оно, в свою очередь, зависит от техники легирования, использованной при изготовлении диода. Паспортное напряжение пробоя — это обратное напряжение при токе стабилизации (I_ZT). Ток стабилизации несколько меньше максимального обратного тока диода. Напряжение пробоя обычно указывается с точностью от 1 до 20 %.

Способность стабилитрона рассеивать мощность уменьшается при увеличении температуры. Следовательно, рассеиваемая стабилитроном мощность указывается для определенной температуры. Величина рассеиваемой мощности также зависит от длины выводов: чем короче выводы, тем большая мощность рассеивается на диоде. Производитель указывает также коэффициент отклонения для того, чтобы определить рассеиваемую мощность при других температурах. Например, коэффициент отклонения 6 милливатт на градус Цельсия означает, что рассеиваемая диодом мощность уменьшается на 6 милливатт при повышении температуры на один градус.

Стабилитроны выпускаются в таких же корпусах, что и обычные диоды (рис. 21-1).

Рис. 21-1. Корпуса стабилитронов.

Маломощные стабилитроны выпускаются в корпусах из стекла или эпоксидной смолы. Мощные стабилитроны выпускаются в металлическом корпусе с винтом. Схематическое обозначение стабилитрона такое же, как и у диода, за исключением диагональных линий у черты катода (рис. 21-2).

Рис. 21-2. Схематическое обозначение стабилитрона.

21-1. Вопросы

1. Какова уникальная особенность стабилитрона?

2. Как стабилитрон включается в цепь?

3. Что определяет напряжение, при котором стабилитрон испытывает пробой?

4. Что надо учитывать при определении мощности, рассеиваемой стабилитроном?

5. Нарисуйте схематическое обозначение стабилитрона и пометьте его выводы.

21-2. ПАРАМЕТРЫ СТАБИЛИТРОНА

Максимальный ток стабилизации (I_ZM) — это максимальный обратный ток, который может течь через стабилитрон без превышения рассеиваемой мощности указанной производителем. Обратный ток (I_R) представляет собой ток утечки перед началом пробоя. Он указывается при некотором обратном напряжении (E_R). Обратное напряжение составляет примерно 80 % от напряжения стабилизации (E_Z).

Стабилитроны с напряжением стабилизации 5 вольт или более имеют положительный температурный коэффициент напряжения стабилизации, который означает, что напряжение стабилизации увеличивается при увеличении температуры. Стабилитроны, имеющие напряжение стабилизации менее 4 вольт, имеют отрицательный температурный коэффициент напряжения стабилизации, который означает, что напряжение стабилизации уменьшается при увеличении температуры. Стабилитроны, имеющие напряжение стабилизации между 4 и 5 вольтами, могут иметь как положительный, так и отрицательный температурный коэффициент напряжения стабилизации.

Температурно компенсированный стабилитрон образован последовательным соединением стабилитрона и обычного диода, причем диод смещен в прямом направлении, а стабилитрон — в обратном. Тщательно выбирая диоды, можно добиться равенства температурных коэффициентов по величине, по знаку они будут противоположны. Для полной компенсации может понадобиться более одного диода.

21-2. Вопросы

1. Что определяет максимальный ток стабилизации стабилитрона?

2. В чем разница между максимальным током стабилизации и обратным током стабилитрона?

3. Что означает положительный температурный коэффициент напряжения стабилизации?

4. Что означает отрицательный температурный коэффициент напряжения стабилизации?

5. Как можно температурно скомпенсировать стабилитрон?

21-3. РЕГУЛИРОВКА НАПРЯЖЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ СТАБИЛИТРОНОВ

Стабилитрон можно использовать для стабилизации или регулировки напряжения. Например, он может быть использован для компенсации изменений напряжения линии питания или при изменении резистивной нагрузки, питаемой постоянным током.

На рис. 21-3 показана типичная регулирующая цепь со стабилитроном.

Рис. 21-3. Типичная регулирующая цепь со стабилитроном.

Стабилитрон соединен последовательно с резистором R_s. Резистор позволяет протекать через стабилитрон такому току, чтобы он работал в режиме пробоя (стабилизации). Входное постоянное напряжение должно быть выше, чем напряжение стабилизации стабилитрона.

Падение напряжения на стабилитроне равно напряжению стабилизации стабилитрона. Стабилитроны выпускают с определенным напряжением пробоя, которое часто называют напряжением стабилизации (V_Z). Падение напряжения на резисторе равно разности входного напряжения и напряжения стабилизации.

Входное напряжение может увеличиваться или уменьшаться. Это обусловливает соответствующее увеличение или уменьшение тока через стабилитрон. Когда стабилитрон работает при напряжении стабилизации, или в области пробоя, при увеличении входного напряжения через него может течь большой ток. Однако напряжение на стабилитроне останется таким же. Стабилитрон оказывает противодействие увеличению входного напряжения, так как при увеличении тока его удельное сопротивление падает. Это позволяет выходному напряжению на стабилитроне оставаться постоянным при изменениях входного напряжения. Изменение входного напряжения проявляется только в изменении падения напряжения на последовательно включенном резисторе. Этот резистор включен последовательно со стабилитроном, и сумма падений напряжения на них должна равняться входному напряжению. Выходное напряжение снимается со стабилитрона. Выходное напряжение может быть увеличено или уменьшено путем замены стабилитрона и включенного последовательно с ним резистора.

Описанная цепь выдает постоянное напряжение. При расчете цепи должны учитываться как ток, так и напряжение. Внешняя нагрузка потребляет ток нагрузки (I_L), который определяется сопротивлением нагрузки и выходным напряжением (рис. 21-4). Через резистор, включенный последовательно со стабилитроном, протекает и ток нагрузки, и ток стабилизации. Этот резистор должен быть выбран таким образом, чтобы через стабилитрон протекал ток стабилизации и он находился в области пробоя.

Рис. 21-4. Регулятор напряжения на основе стабилитрона с нагрузкой.

При увеличении резистивной нагрузки ток нагрузки уменьшается, что должно вызвать увеличение падения напряжения на нагрузке. Но стабилитрон препятствует любому изменению тока. Сумма тока стабилизации и тока нагрузки через последовательно включенный резистор остается постоянной. Это обеспечивает постоянство падения напряжения на последовательно включенном резисторе.

Аналогично, когда ток через нагрузку увеличивается, ток стабилизации уменьшается, обеспечивая постоянство напряжения. Это позволяет цепи оставлять постоянным выходное напряжение при изменениях входного.

21-3. Вопросы

1. В чем практическое назначение стабилитрона?

2. Нарисуйте схему регулирующей цепи со стабилитроном.

3. Как можно изменить выходное напряжение регулирующей цепи со стабилитроном?

4. Что должно учитываться при расчете регулирующей цепи со стабилитроном?

5. Опишите, как регулирующая цепь со стабилитроном поддерживает выходное напряжение постоянным.

21-4. ПРОВЕРКА СТАБИЛИТРОНОВ

Стабилитроны могут быть быстро проверены на разрыв цепи, короткое замыкание или утечку с помощью омметра. Омметр подключается в прямом и обратном направлениях так же, как и при проверке диодов. Однако такая проверка не дает информации о напряжении стабилизации стабилитрона, для его измерения должна быть выполнена регулировочная проверка с помощью блока питания, имеющего приборы для измерения напряжения и тока.

На рис. 21-5 показана установка для регулировочной проверки стабилитрона. Выход источника питания подсоединен через последовательно включенный ограничивающий резистор к проверяемому стабилитрону. К стабилитрону подключен вольтметр для проверки напряжения стабилизации. Выходное напряжение медленно увеличивается до тех пор, пока через стабилитрон не потечет определенный ток. После этого ток изменяется в области изменения тока стабилизации (I_Z). Если напряжение остается постоянным, то стабилитрон работает правильно.

Рис. 21-5. Установка для проверки регулирующих свойств стабилитрона.

21-4. Вопросы

1. Опишите процесс проверки стабилитрона с помощью омметра.

2. Какие параметры нельзя проверить, используя омметр для проверки стабилитрона?

3. Нарисуйте схему, показывающую подключение стабилитрона для проверки напряжения стабилизации.

4. Опишите, как с помощью схемы из вопроса 3 определить, правильно ли работает стабилитрон.

5. Как можно определить катод стабилитрона с помощью омметра?

РЕЗЮМЕ

• Стабилитроны рассчитаны для работы при напряжениях больших, чем напряжение пробоя (максимальное обратное напряжение).

• Напряжение пробоя стабилитрона определяется удельным сопротивлением диода.

• Стабилитроны выпускаются с определенным напряжением стабилизации.

• Мощность, рассеиваемая стабилитроном, зависит от температуры и длины выводов.

• Схематическое обозначение стабилитрона следующее:

• Стабилитроны выпускаются в таких же корпусах, что и диоды.

• Стабилитроны с напряжением стабилизации 5 вольт или более имеют положительный температурный коэффициент напряжения стабилизации.

• Стабилитроны, которые имеют напряжение стабилизации менее 4 вольт, имеют отрицательный температурный коэффициент напряжения стабилизации.

• Стабилитроны используются для стабилизации или регулировки напряжения.

• Регуляторы на основе стабилитронов обеспечивают постоянное выходное напряжение, несмотря на изменения входного напряжения или выходного тока.

• Стабилитроны могут быть проверены на разрыв цепи, короткое замыкание или утечку с помощью омметра.

• Для того чтобы определить, работает ли стабилитрон при заданном напряжении стабилизации, может быть выполнена регулировочная проверка.

Глава 21. САМОПРОВЕРКА

1. Объясните, как работает стабилитрон в цепи регулировки напряжения.

2. Опишите процесс проверки напряжения стабилизации стабилитрона.

Исследование характеристик стабилитрона – В помощь студентам БНТУ – курсовые, рефераты, лабораторные !

Цель работы: Исследование характеристик стабилитрона, определение параметров и изучить влияние температуры окружающей среды на его свойства.

1. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Стабилитрон – это полупроводниковый диод, предназначенный для стабилизации напряжения. Для этого используются диоды, у которых на ВАХ имеется участок со слабой зависимостью напряжения от проходящего тока. Такой участок наблюдается на обратной ветви ВАХ диода в режиме электрического пробоя. Поэтому рассмотрим вначале пробой р-п перехода.

1.1. Пробой р-п переходов

В реальном р-п переходе, когда обратное напряжение достигает некоторого критического значения, ток через переход резко возрастает, начинается пробой перехода. Величина напряжения, при котором наступает пробой Uпроб. зависит от типа  р-п перехода и составляет от нескольких вольт до нескольких киловольт.

 

Различают следующие виды пробоя: электрический и тепловой, а электрический в свою очередь разделяют на туннельный и лавинный.

Туннельный пробой – в основе лежит туннельный эффект, т.е. просачивание электронов сквозь потенциальный барьер, высота которого больше, чем энергия носителей заряда. Это становится возможным при значительном электрическом поле, т.е. при высоких уровнях легирования (ширина р-п перехода мала). Вероятность туннельного перехода зависит от ширины запрещенной зоны полупроводников. При увеличении температуры ширина запрещенной зоны уменьшается, ширина перехода уменьшается, напряжение пробоя снижается.

Лавинный пробой вызывается ударной ионизацией: неосновные носители, образующие I0, ускоряются приложенным напряжением настолько, что при их соударении  с атомами кристаллической решетки происходит  ионизация атомов. В результате генерируется пара свободных носителей заряда: электрон и дырка. Вновь появившиеся носители заряда также ускоряются электрическим полем и в свою очередь могут вызвать ионизацию других атомов. Процесс приобретает лавинообразный характер. Это приводит к резкому увеличению обратного тока, который может быть ограничен только внешним сопротивлением. Лавинный пробой возникает в высокоомных р-п переходах, имеющих большую ширину р-п перехода. Uпроб.  в данном случае растет с увеличением температуры полупроводника, т.к. при увеличении температуры происходит уменьшение длины свободного пробега носителей.

Тепловой пробой возникает в результате разогрева р-п перехода, когда количество теплоты, выделяемой при протекании тока, больше отводимой. При этом происходит интенсивная тепловая генерация свободных носителей заряда. Это приводит к увеличению тока, что в свою очередь приводит к дальнейшему повышению температуры, т.е. возникает обратная положительная связь. Происходит тепловой пробой и прибор выходит из строя.

Следует отметить, что при электрическом пробое практически в той или иной степени могут иметь место одновременно и туннельный  и лавинный механизм пробоя.

Необходимо подчеркнуть различие явлений теплового и электрического пробоя. Если при электрическом пробое процессы развиваются в области объемного заряда, то тепловой пробой является следствием нарушения теплового баланса полупроводникового прибора из-за наличия положительной обратной связи между выделением тепла и током.

1.2. Стабилитроны

Действие полупроводниковых стабилитронов основано на электрическом (лавинном или туннельном) пробое р-п перехода, при котором происходит резкое увеличение обратного тока, а обратное напряжение изменяется очень мало. Это свойство использовано для стабилизации напряжения в элек­трических цепях. В связи с тем, что лавинный пробой характерен для диодов, изготовленных на основе полупроводника с большой шириной запрещенной зоны, исходным материалом для стабилитронов служит кремний. Кроме этого, кремний обладает малым тепловым током Iо и устойчивыми характеристиками в широком диапазоне температур.

Для работы в стабилитронах используют пологий участок ВАХ обратного тока диода (см. рис.1.) в пределах которого резкие изменения обратного тока от Iст.мин. до Iст.макс сопровождаются весь­ма малыми изменениями обратного напряжения (см. рис.1). Т.е. для стабилитрона пробой является нормальным режимом работы. Другими словами стабилитрон – это диод работающий в режиме электрического пробоя.

Пробивное напряжение диода является напряжением стабилизации, которая зависит от толщины р-п перехода или от удельного сопротивления базы диода. Поэтому разные типы стабилитронов имеют различные напряжения стабилизации Uст (от 3 до 400 В).

Низковольтные стабилитроны (с напряжением Uст.<6 В) выполняют на основе сильнолегированного кремния с малым удельным сопротивлением. В них возникает узкий р-п переход с высокой напряженностью поля, при которой получается туннельный пробой.

Высоковольтные стабилитроны изготовляют на основе слаболегированного кремния с высоким удельным сопротивлением. В них ширина перехода больше, напряженность поля меньше, чем в низковольтных, а характер пробоя меняется на лавинный.

На рис. 1.а изображена вольтамперная характеристика диода,  на рис.1.б вольтамперная характеристика стабилитрона, а на рис.2 – схема стабилизации постоянного напряжения на нагрузке с использованием стабилитрона. При увеличении, например, входного напряжения возрастут ток Iвх в общей цепи и ток через стабилитрон Iст.. Увеличится падение напряжения на балластном резисторе Rб а напряжения на стабилитроне Uст и нагрузке Rн останутся практически неизменными.

Для стабилизации напряжения разной полярности выпускаются симметричные стабилитроны, имеющие симметричную ВАХ. Для получения симметричной ВАХ с двух сторон пластинки кремния одновременно формируют два р-п перехода. При подаче напряжения на крайние области структуры эти переходы оказываются включенными встречно.

Помимо стабилизации напряжения источников, стабилитроны нашли применение в качестве ограничителей, фиксаторов уровня, развязывающих элементов переключающих устройств.

1.3. Стабисторы

Диоды, у которых для стабилизации напряжения используется прямая ветвь ВАХ, называются стабисторами. Для изготовления стабисторов используют кремний с относительно большой концентрацией примесей. Это необходимо для получения малого сопротивления базы диода, а следовательно, малого дифференциального сопротивления при прямом включении.

В отличие от стабилитронов стабисторы имеют малое напряжение стабилизации (у кремниевых – около 0.7 В, у германиевых – 0.4 В). Оно определяется прямым падением напряжения на диоде. Для расширения диапазона стабилизации напряжения используют последовательное соединение в одном корпусе  нескольких стабисторов.

Параметры стабисторов аналогичны параметрам стабилитронов, а их максимальные ток, мощность и тепловые параметры те же, что у выпрямительных диодов. Стабисторы имеют отрицательный ТКН стабилизации. 

1.4. Параметры стабилитронов

Параметрами стабилитронов являются:

напряжение стабилизации Uст – напряжение на стабилитроне при заданном токе,

минимально допустимый ток стабилизации Iст.мин – ток, при котором пробой становится устойчивым и обеспечивается заданная надежность работы.

максимально допустимый  ток стабилизации Iст.макс – ток, при котором достигается максимально допустимая рассеиваемая мощность Рмах,

Качество стабилитрона, т. е. его способность стабилизировать напряжение при изменении проходящего через него тока, характеризуется:

дифференциальным сопротивлением гст.диф. Оно определяется отношением приращения напряжения на стабилитроне к вызвавшему его малому приращению тока:

rст.диф .= ΔUст./ΔIст.

Так как для лучшей стабилизации максимальным изменениям тока должны соответствовать минимальные изменения напряжения, то качество стабилитрона тем выше, чем меньше его дифференциальное сопротивление.

Важным параметром стабилитрона является:

температурный коэффициент напряжения стабилизации (ТКН стабилизации), равный отношению относительного измерения напряжения стабилизации к абсолютному изменению температуры окружающей среды (%, 10С):

αТКН = ∆Uст./ (Uст ∆ Т)

Для низковольтных диодов с туннельным пробоем ТКН отрицателен, так как вероятность туннельного пробоя возрастает с повышением температуры. При Uст>6 В пробой принимает лавинный характер, а повышение температуры вызывает увеличение напряжения стабилизации, т.е. ТКН положителен. Это объясняется обратной зависимостью пробивного напряжения от подвижности носителей, поскольку ρ ~ 1/μ.

Для уменьшения ТКН стабилизации выпускаются термокомпенсированные стабилитроны, в которых соединены последовательно стабилитрон и р-n переход, включенный в прямом направлении. С повышением температуры падение напряжения на p-n-переходе (включенном в прямом направлении) уменьшается, а на обратносмещенном р-n-переходе (при лавинном пробое) растет. Таким способом у термокомпенсированных стабилитронов, например КС211, удается получить малый ТКН.

Так как ширина запрещенной зоны Eq в Si, Ge и AsGa уменьшается с ростом температуры, то напряжение туннельного пробоя в этих полупроводниках имеет отрицательный температурный коэффициент, т.е. напряжение уменьшается с ростом температуры. Это происходит потому, что при более высоких температурах для достижения данной величины тока пробоя I требуются меньшие обратные напряжения. Температурная зависимость напряжения пробоя часто используется для того, чтобы отличить туннельный механизм от лавинного, т.к. последний имеет положительный температурный коэффициент, т.е. напряжение пробоя растет с ростом температуры.

2. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО МАКЕТА

Лабораторный макет состоит из унифицированного корпуса и ячейки стабилитронов. На передней панели корпуса расположены кнопки переключателей S1-S3. На панели сменного блока приведена блок-схема лабораторной работы (рис.3) и вмонтированы гнезда для подключения источника напряжения и измерительных приборов. Переключение кнопки S1 приводит к изменению полярности напряжения, что позволяет исследовать прямую и обратную ветви ВАХ стабилитрона. При нажатой кнопке S2 производится измерение тока, протекающего через стабилитрон. Переключение кнопки S3 подключает вольтметр к одному из двух стабилитронов. Установка тока стабилитронов производится регулировкой напряжения источника питания ТЕС-88.

Ячейка стабилитронов представляет собой пластиковый корпус, в котором собраны нагреватель и два стабилитрона КС133, Д814. Нагреватель включается в сеть 220 В. После 15-20 мин. прогрева температура на радиаторе стабилитронов составляет 90 °C. Гнездо Т, °С предназначено для присоединения зонда, измеряющего температуру.

Внимание: нагрев осуществлять при выключенном источнике питания.

Рис. 3. Схема для измерения ВАХ стабилитронов.

Определение основных характеристик стабилитрона и исследование параметрического стабилизатора напряжения

Общие сведения

Стабилитрон представляет собой кремниевый диод, характеристика которого в открытом состоянии такая же, как у выпрямительного диода. Отличие стабилитрона заключается в относительно низком напряжении пробоя при обратном напряжении. Когда это напряжение превышено, ток обратного направления возрастает (пробой Зенера). В выпрямительных диодах такой режим является аварийным, а стабилитроны нормально работают при обратном токе, не превышающем максимально допустимого значения.

Наличие почти горизонтального участка на вольтамперной характеристике стабилитрона делает его пригодным для стабилизации постоянного напряжения на нагрузке. Для этого нагрузку включают параллельно стабилитрону. Чтобы избежать перегрузки, последовательно со стабилитроном включают балластный резистор. Величина его вычисляется следующим образом:

 

R_БАЛ = (U_РАБ — U_СТ) ¤ (I_СТ + I_НАГР),

гдеU_РАБ — приложенное рабочее напряжение,

U_СТ — напряжение стабилизации стабилитрона испытываемого типа,

I_СТ — допустимый ток стабилизации,

I_Н — ток в резисторе нагрузки R_Н, включенном параллельно стабилитрону.

Экспериментальная часть

Задание

Снять с помощью осциллографа вольтамперную характеристику и определить напряжение стабилизации U_СТ стабилитрона. Исследовать зависимость выходного напряжения и тока стабилитрона от входного напряжения в цепи параметрического стабилизатора напряжения.

Порядок выполнения эксперимента

• Соберите цепь согласно принципиальной схеме (рис. 2.2.1) или монтажной (рис. 2.2.2). Подайте на вход синусоидальное напряжение от генератора напряжения специальной формы частотой 0,5…1 кГц максимальной амплитуды.
• Включите и настройте осциллограф в режиме X-Y. Включите инвертирование вертикального входа.

Рис. 2.2.1

 

Рис. 2.2.2

 

• Перенесите изображение с экрана осциллографа на график (рис.2.2.3).
• Определите по осциллограмме напряжение стабилизации, напряжение на стабилитроне при прямом токе, дифференциальное сопротивление в середине диапазона стабилизации.
• Увеличьте частоту в 10 раз и посмотрите, как изменится вольтамперная характеристика. Объясните почему.

 

Рис.2.2.3

 

· Соберите цепь параметрического стабилизатора согласно принципиальной схеме (рис. 2.2.3) сначала не включая в неё сопротивление нагрузки.

· Включите генератор напряжений и, изменяя постоянное напряжение на входе стабилизатора от 0 до максимального значения 13…14 В, снимите зависимость выходного напряжения от входного на холостом ходу. Результаты записывайте в табл. 2.2.1.

Рис. 2.2.3

 

Таблица 2.2.1

UВХ, В
UВЫХ, В

 

· Установите максимальное напряжение на входе и, включая различные сопротивление нагрузки, согласно табл. 2.2.2, снимите зависимость выходного напряжения стабилизатора от тока нагрузки.

Таблица 19.2

RН Ом	∞			47+22	47+10		33+10
IН, мА	0 (х.х.)
UВЫХ, В

 

· На рис. 2.2.4а и б постройте графики U_ВЫХ (U_ВХ) и U_ВЫХ (I_Н).

Рис. 2.2.4

· На графиках укажите минимально допустимое входное напряжение, максимально допустимый ток нагрузки и определите коэффициенты стабилизации по напряжению и по току, приняв U_{ВХ НОМ} = 8 В и I_Н.НОМ = 80 мА.

 

= ……………………………………

………………………………………

 

Контрольные вопросы

1. Как изменяется вольтамперная характеристика стабилитрона при увеличении частоты и почему?

2. Напряжение питания параметрического стабилизатора напряжения 10 В, напряжение стабилизации стабилитрона 5,6 В, ток стабилизации — от 3 до 160 мА, сопротивление нагрузки – 100 Ом. Определите величину балластного сопротивления, так, чтобы в нормальном режиме ток через стабилитрон был равен 80 мА.

 

 

Экспериментальное снятие вольтамперной характеристики светодиода

Общие сведения

 

В случаях, когда полупроводниковые диоды выполнены из таких материалов как арсенид галлия или фосфид галлия, часть подводимой к ним электрической энергии преобразуется не в тепло, как в других полупроводниках, а в световые потоки с намного более короткой длиной волны. Цвет излучения определяется выбором соответствующего материала и присадками. Цвет может быть инфракрасным, красным, желтым, оранжевым, зеленым или голубым.

Экспериментальная часть

Задание

Снять вольтамперную характеристику светодиода посредством осциллографа. Изучить влияние напряжения U_СД и тока I_СД светодиода на световую эмиссию.

---

Краткие теоретические сведения о стабилитроне

Стабилитроны предназначены для стабилизации напряжения на нагрузке при изменении питающего напряжения или сопротивления нагрузки. Для стабилитронов рабочим является участок пробоя ВАХ в области обратных напряжений (см. рис. 3.1).

Рисунок 3.1 – Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Стабилитрон характеризуется следующими параметрами: напряжением стабилизации U_ст; минимальным током стабилизации I_ст.мин.; максимально допустимым током стабилизации I_{ст.макс.}; максимально допустимым прямым током I_макс.; максимально допустимой рассеиваемой мощностью P_макс., дифференциальным сопротивлением

Стабилитроны выбираются по напряжению стабилизации U_ст и току стабилизации I_{ст.макс.}

Пример 3.1.

Для стабилизации напряжения на нагрузке (рис.3.2) используется полупроводниковый стабилитрон КС210Е (приложение В), напряжение стабилизации которого U_ст=10В. Определить допустимые пределы изменения питающего напряжения, если максимальный ток стабилитрона I_{ст.макс} = 15 мА, минимальный ток стабилитрона I_ст.мин. = 3мА, сопротивление нагрузки R_н =1кОм и сопротивление ограничительного резистора R_o = 0.5 кОм.

Рисунок 3.2 — Схема включения стабилитрона

Решение

Напряжение источника питания

Ток через нагрузку

Таким образом,

Подставляя в эту формулу максимальное и минимальное значения тока через стабилитрон, получим:

Е_мин= 10 (I + 0.5) + 3 0.5 = 16.5 В

Е_макс= 10 (I + 0.5) + 15 0.5 = 22.5 В

 

Пример 3.2.

Кремниевый стабилитрон 2С213Е включен в схему стабилизатора напряжения параллельно с резистором R_н =2.2 к0м (см. рис.3.2). Параметры стабилитрона (приложение В): напряжение стабилизации U_ст = 13В, максимальный ток I_{ст.макс}= 12 мА, минимальный ток I_ст.мин=0,5 мА. Найти сопротивление ограничительного резистора R_о, если напряжение источника Е меняется от E_мин=16В до E_макс=24В. Определить, будет ли обеспечена стабилизация во всем диапазоне изменения напряжения источника.

Решение

Сопротивление ограничительного резистора определим по формуле

где Е_ср = 0,5 (Е_мин + Е_макс) = 0,5(I6 + 24)= 20 В.

Средний ток через стабилитрон

I_cт.ср. = 0,5 (I_ст.мин.+ I_{ст.макс.})=0,5(0,5 + 12)= 6,25 мА.

Ток через нагрузку

 

Следовательно, сопротивление ограничительного резистора

Принимаем R_o = 560 Ом.

Стабилизация будет обеспечена для изменения E в пределах:

от Е_мин = (U_ст +(I_{ст макс} + I_н)R_о = 13 + (0.5 + 5,9)•IO^-3•560 = 16.5 В

до Е_макс = (U_ст +(I_{ст макс} + I_н)R_о = 13 + (12 + 5.9)•IO^-3•560 = 22 В.

Диапазон изменения напряжения источника получился меньше. Необходимо выбрать другой тип стабилитрона .

Задание 4

Для схемы усилителя на рис.4.4 в режиме постоянного тока рассчитать аналитическим методом параметры усилителя К_I, К_U, К_P и определить величины всех резисторов, если заданы следующие исходные данные : напряжение питания, параметры рабочей точки, тип транзистора, коэффициент передачи по току .

На ПЭВМ проверить работу усилителя и снять амплитудную и частотные характеристики. Параметры транзисторов приведены в приложении Г. Характеристики транзисторов приведены в приложении Е.

Перед выполнением задания внимательно прочитать теоретическую часть и разобрать примеры .

Исходные данные для каждого варианта приведены в табл 4.1.

В отчете должны быть приведены:

схема усилителя;

аналитический расчет;

модель схемы, набранная на ЭВМ с показаниями приборов;

амплитудно-частотная характеристика;

выводы по работе.

 

Таблица 4.1 – Варианты задания 4

Номер варианта	Исходные данные
Тип транзистора	Iоб, мA	UOK, B	ср	Ek,В

 

---

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

Простой стабилизатор постоянного напряжения с использованием стабилитрона

На рисунке 1 представлена ​​базовая схема простого простого стабилизатора постоянного напряжения с использованием стабилитрона. Стабилитрон был подключен непосредственно к импедансу нагрузки Z _L . Следовательно, выходное напряжение V ₀ на импедансе нагрузки Z _L равно V _z , напряжению пробоя стабилитрона и поддерживается почти постоянным независимо от изменений входного напряжения V _i или импеданса нагрузки Z _L. .Итак, предположим, что входное напряжение увеличивается. Тогда общий входной ток увеличивается, скажем, на

. Но ток через стабилитрон также увеличивается на, тем самым поддерживая постоянный ток нагрузки I _L . Следовательно, выходное напряжение остается почти постоянным.

Затем, чтобы получить постоянное входное напряжение постоянного тока V _i , позвольте импедансу нагрузки уменьшиться. Ток нагрузки имеет тенденцию к увеличению. Однако стабилитрон обходит это приращение тока нагрузки через себя и поддерживает ток через последовательный резистор R _s , по существу, постоянным.Таким образом, выходное напряжение V ₀ на импедансе нагрузки Z _L остается практически постоянным.

Преимущество простого стабилизатора постоянного напряжения с использованием стабилитрона

Он небольшой, легкий, прочный и обеспечивает регулировку в широком диапазоне тока.

Недостаток простого стабилизатора постоянного напряжения с использованием стабилитрона

1. Рассеивание мощности в последовательном резисторе и диоде, приводящее к низкому КПД.
2. Стабилизированный выход определяется напряжением пробоя стабилитрона V _Z и не может быть изменен.

Регулятор напряжения серии DC

Регуляторы напряжения постоянного тока могут быть двух типов:

Регуляторы напряжения серии
• и шунтирующие регуляторы напряжения
• Чаще используются регуляторы напряжения серии

. Следовательно, мы рассматриваем здесь только стабилизатор последовательного напряжения постоянного тока.

Последовательный стабилизатор напряжения постоянного тока обеспечивает на выходе стабилизированный постоянный ток. напряжение, которое остается постоянным, несмотря на изменение входного постоянного напряжения и сопротивления нагрузки.Кроме того, это стабилизированное постоянное напряжение может изменяться по желанию. Стабилизаторы напряжения серии

могут использовать довольно сложную схему и могут обеспечивать предельную точность стабилизации напряжения. Однако в большинстве случаев нам нужен простой регулятор, обеспечивающий достаточно высокий порядок стабилизации. На рисунке 2 показана базовая схема этого простого последовательного регулятора напряжения постоянного тока.

Часть

напряжения V ₀ сравнивается с опорным напряжением V _R на стабилитроне D.Разница напряжений усиливается транзистором Q ₂ . Если входное напряжение V _i увеличивается, скажем (может быть из-за увеличения напряжения питания или из-за уменьшения сопротивления нагрузки R _L ), V _O также имеет тенденцию к увеличению. Но транзистор Q ₂ вызывает большее увеличение тока через резистор R ₃ . Практически полное увеличение V _i проявляется в R ₃ , поскольку напряжение база-эмиттер V _BE в Q ₁ является небольшим.Следовательно, V ₀ остается почти постоянным.

Выражение для V

₀ | Простой стабилизатор постоянного напряжения с использованием стабилитрона

Из рисунка 2

…… .. (1)

……. (2)

Но

……. (3)

Комбинируя уравнения 2 и 3, получаем,

Следовательно, конвент-метод изменения стабилизированного выходного напряжения заключается в изменении отношения R ₁ \ R ₂ с помощью резистивного делителя, как показано на рисунке 2.

Ознакомьтесь с другими руководствами по выпрямителям, размещенными на сайте electonicspani.com

1. Выпрямители с умножением напряжения
2. Металлический выпрямитель | Типы металлических выпрямителей
3. Фильтры источника питания
4. Полноволновой мостовой выпрямитель
5. Полноволновой выпрямительный трансформатор с центральным ответвлением

Примечания по конструкции источника питания: стабилитронный стабилизатор напряжения

Лавинные эффекты и стабилитроны

При прямом смещении стабилитрон ведет себя как обычный кремниевый диод с PN переходом, позволяя току проходить от анода к катоду.Однако, в отличие от обычного диода, который блокирует ток при обратном смещении, при достижении определенного порогового значения обратного напряжения стабилитрон начинает проводить ток, который течет в противоположном направлении.

Когда обратное напряжение, приложенное к стабилитрону, превышает предельное пороговое значение, типичное для компонента, в области обеднения полупроводников происходит процесс, известный как лавинный пробой, после чего диод генерирует ток, ограничивающий рост напряжения.Во время этого процесса электрические заряды генерируются в результате столкновения свободных электронов с соседними атомами с последующим выделением тепла и возможностью необратимого повреждения устройства.

Однако, если диод изготовлен с очень тонкой и сильно легированной обедненной областью, можно генерировать обратный ток как эффект создания в переходе электрического поля высокой интенсивности. Этот процесс (, рис. 1, ), известный как пробой стабилитрона, является обратимым и не повреждает диод.Точка на горизонтальной оси, начиная с которой напряжение на стабилитроне становится стабильным, соответствует так называемому напряжению стабилитрона (V _Z ), значение которого может находиться в диапазоне от нескольких вольт до нескольких сотен вольт. Наклон кривой проводимости и минимальное значение обратного тока, от которого запускается процесс, можно тщательно контролировать с допуском менее 1% во время легирования и изготовления диодов.

Рисунок 1: Типичные ВАХ стабилитрона

Стабилитрон напряжения

Стабилитрон обеспечивает гораздо более высокий уровень стабилизации (источника питания), чем может быть достигнут с помощью схемы мостового выпрямителя и фильтрующего конденсатора.В частности, с помощью подходящего легирования полупроводников можно добиться практически вертикального наклона кривой стабилизации стабилитрона (рис. 1) , получая стабилизированное напряжение с незначительными и постоянными пульсациями при изменении входного напряжения. На рисунке 2 показана схема простейшего стабилизатора напряжения на основе стабилитрона. Был использован стабилитрон с В _Z = 12 В , тогда как значение для последовательного резистора R можно определить, как показано на рисунке, где В _i — входное напряжение, В. _o — стабилизированное выходное напряжение (12 В), а I _L — ток, потребляемый нагрузкой.

Рисунок 2: Регулятор напряжения со стабилитроном

Без нагрузки I _L = 0 , и весь ток в цепи будет проходить через стабилитрон, который, в свою очередь, рассеивает свою максимальную мощность. Следовательно, необходимо тщательно выбирать, как указано, значение последовательного сопротивления, чтобы не превышать максимальную мощность, которую стабилитрон может выдержать без подключенной нагрузки. Эта схема, способная генерировать ток в несколько десятков миллиампер, часто используется для поляризации базы транзистора или в качестве входа в операционный усилитель, что позволяет получить более высокое значение тока. На рис. 3 показан транзисторный шунтирующий стабилизатор, способный увеличивать мощность, потребляемую нагрузкой. Выходное напряжение В _O определяется по формуле: В _O = V _Z + V _BE .

Рисунок 3: Шунтирующий стабилизатор со стабилитроном и транзистором

Стандартные стабилитроны

На рынке доступны стабилитроны с напряжением от чуть более 1 В до нескольких сотен вольт. Для каждого значения напряжения обычно доступно одно или несколько значений мощности в диапазоне от чуть менее 0.От 5 Вт до более 5 Вт. Среди наиболее распространенных семейств стабилитронов серия малых сигналов BZX55 с напряжением В _Z между 2,4 В и 75 В и максимальной мощностью 500 мВт. Семейство силовых стабилитронов BZX85 также широко используется с напряжением В _Z между 2,7 В и 100 В и максимальной мощностью 1300 мВт.

Стабилизатор напряжения серии

со стабилитроном

На рисунке 4 показан простейший пример последовательного стабилизатора с стабилитроном.Транзистор подключен как повторитель напряжения, а выходное напряжение примерно на 0,6–0,7 В ниже напряжения стабилитрона. Резистор R должен иметь такие размеры, чтобы стабилитрон был правильно поляризован, а базовый ток Q1 был достаточным, чтобы привести его в проводимость. Чтобы ток на стабилитроне не упал до значения, несовместимого с эффектом стабилитрона, маломощный транзистор 2N2222 можно заменить транзистором Дарлингтона.

Рисунок 4: Последовательный стабилизатор со стабилитроном и транзистором

Для получения дополнительной информации:

Силовая электроника играет все более важную роль на различных рынках, таких как автомобильный, промышленный и потребительский.Это также технология, позволяющая реализовать широкий спектр новых и улучшенных функций, которые повышают производительность, безопасность и функциональность автомобилей и интеллектуальных сетей. Сложные электрические и тепловые требования сильно влияют на конструкцию силовых электронных систем. Новости силовой электроники будут посвящены основным темам, таким как преобразователь мощности, управление движением, полупроводники и управление температурой. Электронная книга Power Electronics News — это интерактивный подход к информированию о последних технологиях, тенденциях и инновационных продуктах на определенных рынках.

электрических цепей — Как стабилитрон работает как стабилизатор напряжения?

Во-первых, стабилитрон — это не что иное, как диод, только сильно легированный (давайте вернемся к этому позже).

Когда вы подаете напряжение на диод, вы получаете такую ​​ВАХ.

(Источник: Google, Электронные данные)

Нам нужно сосредоточить внимание на обратном смещении.

Предположим, вы подаете напряжение обратного смещения.Электрон, пересекающий область обеднения (либо в диффузионном, либо в дрейфовом токе), испытывает силу со стороны + ve и дырку (считая себя независимой частицей) со стороны -ve. В конечном итоге это расширяет область обеднения, увеличивая барьерное напряжение. Это уменьшает диффузионный ток (дырки, движущиеся к электронам и наоборот) почти до нуля, но немного увеличивает дрейфовый ток (пара дырка-электрон, естественным образом генерируемая полупроводником в обедненной области), который все еще очень низок из-за небольшой скорости генерация дырочной электронной пары.

(Источник: Google, Khan Academy)

Но если вы продолжите увеличивать напряжение, то электроны из-за высокой скорости сталкиваются с электронами в ковалентных связях, разрывая их, тем самым внезапно высвобождая множество электронно-дырочных пар. Это называется лавиной — резкий всплеск, который вы видите. Слева.

Это полезно? На первый взгляд нет, так как чрезвычайно высокая энергия электронов приводит к плавлению диода.

Однако затем идет стабилитрон.Он сильно легирован, что приводит к тому, что область обеднения изначально очень мала. Как и выше, когда вы прикладываете обратное напряжение смещения, оно выходит из строя, но при гораздо более низком напряжении. Таким образом, электроны не обладают большой энергией, предотвращающей повреждение диода.

Подаваемое напряжение используется в качестве энергии для разрыва ковалентных связей. Также в идеале он не имеет сопротивления. Таким образом, он не может потреблять больше энергии, чем это, и, следовательно, вы не можете увеличивать напряжение на нем сверх напряжения пробоя.Я имею в виду напряжение на стабилитроне, а не на источнике.

Если напряжение на источнике низкое, так что у вас не может быть достаточного напряжения на стабилитроне, чтобы вызвать пробой, тогда он имеет незначительный ток через него, что на практике похоже на разомкнутую цепь.

Однако, когда подается достаточное напряжение, оно имеет постоянное напряжение на нем, а остальная часть напряжения, подаваемого источником, падает на другие резисторы и т. Д.

Теперь, если мы подключим нагрузочный резистор к стабилитрону при обратном пробое, по закону Кирхгофа на нем ДОЛЖНО быть такое же напряжение, как на диоде, что является константой, потому что, как обсуждалось выше, для идеальных стабилитронов вы просто можете ‘ t увеличить напряжение сверх этого значения.

Главное заблуждение в вашем вопросе заключается в том, что ковалентные связи разрываются, когда «Напряжение на них на выше, чем напряжение пробоя стабилитрона на ». Это происходит на , напряжение пробоя стабилитрона

Цепь транзисторного стабилитрона

для стабилизации сильного тока

Схема мощного «стабилитрона» с использованием транзисторного шунтирующего стабилизатора, представленная здесь, может быть использована для безопасного получения высокоточных, стабилизированных по температуре и напряжению выходных сигналов от сильноточных источников.

Нормальное ограничение стабилитрона

Маломощные стабилитроны, которые мы обычно используем в электронных схемах, предназначены для работы с малыми токами и поэтому не могут использоваться для шунтирования или стабилизации источников высокого тока.

Хотя доступны стабилитроны с более высокими номиналами, они могут быть относительно дорогими. Тем не менее, на самом деле возможно создать настраиваемый высокомощный стабилитрон, используя силовые транзисторы и ИС шунтирующего стабилизатора, как показано ниже: специализированная ИС шунтирующего стабилизатора в виде LM431 или TL431, которая в основном представляет собой регулируемый стабилитрон малой мощности.

Помимо атрибута переменного напряжения, устройство также включает в себя функцию создания выходного сигнала с температурной стабилизацией, что означает, что температурные условия окружающей среды не будут влиять на производительность этого устройства, что невозможно с обычными диодами.

Но с точки зрения допустимой мощности устройство TL431 не лучше, чем его аналог на обычном стабилитроне.

Однако, когда он комбинируется с силовым транзистором, таким как показанный TIP147, блок превращается в универсальный силовой стабилитрон, способный шунтировать и стабилизировать источники сильного тока без повреждения.

Пример приложения

Классический пример применения этой схемы можно визуализировать в этой цепи шунтирующего регулятора мотоцикла, конструкция которого используется для маневрирования и защиты генератора переменного тока мотоцикла от высоких обратных ЭДС.

Эту конструкцию можно также опробовать в сильноточных емкостных источниках питания для получения стабилизированного выхода без перенапряжения от этих небезопасных, но компактных бестрансформаторных источников питания.

Другие подходящие применения этой универсальной схемы могут быть для управления выходами ветряных мельниц и в качестве электронного контроллера нагрузки для регулирования выходов гидрогенераторов.

Без интеграции TIP147 каскад LM431 выглядит довольно уязвимым, а также регулирование разрабатывается только для анода / катода устройства, а не для основных клемм питания.

Управление высокой мощностью

С интегрированным силовым транзистором сценарий полностью меняется, и теперь транзистор имитирует результаты работы шунтирующего стабилизатора, шунтируя высокий ток со входа на правильные уровни, как указано в конфигурациях LM431.

Делитель потенциала, сделанный с использованием резисторов 3k3 и 4k7 на опорном входе IC, по существу, определяет порог срабатывания для IC, обычно верхний резистор может быть настроен для получения любого желаемого стабилизированного стабилитроном напряжения на выходе из схемы транзистора.

Подробные расчеты резисторов можно узнать из этого паспорта шунтирующего регулятора TL431.

Примечание: TIP147 должен быть установлен на достаточно большом радиаторе с оребрением для обеспечения надлежащего и оптимального функционирования схемы.

Определение стабилитрона — Характеристики стабилитрона

Стабилитрон — также называемый стабилизатором или стабилизатором . Он принадлежит к семейству полупроводниковых диодов .Он часто применяется в системах ограничителей (например, в системах частотной модуляции (FM), системах выбора импульсов), стабилизаторах напряжения и в качестве компонента, который обеспечивает защиту цепей от скачков напряжения.

Рис. 1. Обозначение стабилитрона

. Его решающим параметром является напряжение пробоя «p-n перехода». Когда диод смещен в прямом направлении, он работает как обычный полупроводниковый диод. Это означает, что он начинает проводить ток после того, как напряжение пересекает пороговое напряжение этого диода (для кремниевого диода прибл.0,7 В).

---

Стабилитрон — Задачи для студентов

Если вы студент или просто хотите научиться решать задачи с стабилитроном, посетите этот раздел нашего веб-сайта, где вы можете найти широкий спектр электронных задач.

---

Что отличает стабилитрон от обычного полупроводникового диода, так это то, что стабилитрон имеет обратное смещение, можно заметить, что стабилитрон может проводить электричество после превышения указанного напряжения на переходе, так называемого напряжения пробоя стабилитрона . без повреждения компонента.Значение напряжения пробоя коррелирует с высоким постоянством и не изменяется при изменении обратного тока. После превышения этого напряжения значение тока быстро увеличивается. Для малых напряжений (до 5 В) решающую роль играет эффект стабилитрона . В диапазоне 5-7В эффект Зенера и лавинный пробой и с основной. И, наконец, при превышении 7В — только лавинный пробой. Следует отметить, что пробой Зенера происходит в сильнолегированных переходах , а в слабо легированных — лавинный пробой.Можно предположить, что пробой напряжения стабилитрона не имеет отношения к току, протекающему через диод (только в случаях больших изменений тока пробоя могут быть замечены очень незначительные изменения — низкое динамическое сопротивление )

Стабилитрон — ВАХ Рис. 2. Вольт-амперные характеристики стабилитрона (в данном случае использовался диод 1N718 с напряжением стабилитрона | Vz | = 15В)

Стабилитрон , как и другие диоды, имеет свои уникальные характеристики.В то же время он наследует некоторые из них.

Параметры стабилитрона

Список основных статических и динамических параметров стабилитрона вы можете увидеть ниже:

Статические параметры

• V _F — прямое напряжение при фиксированном прямом токе I _F ,
• I _R — обратный ток при данном V _R обратное напряжение (чаще всего значение V _R равно 1V)

Следует отметить, что эти параметры могут не иметь значения, когда диод работает в «зоне пробоя » .

• V _Z — напряжение стабилитрона, соответствующее договорному значению стабильности тока (информация доступна в технических паспортах отдельных диодов)
• TKV _Z — коэффициент температуры стабильности напряжения (отношение относительного изменения напряжения стабильности к абсолютному изменению температуры окружающей среды при определенном токе стабилизации).

Стабилитрон динамический параметр — это динамическое сопротивление , выражаемое формулой:

Динамический параметр

Сопротивление rz также можно определить с помощью статической характеристики I (U) при определенном токе стабилизации диода.Имя такого сопротивления должно быть дифференциально-дифференциальное сопротивление.

Параметры стабилитрона

характеризуются следующими ограничениями :

• I _FMAX — максимальная, постоянная проводимость по току,
• I _FMMAX — пиковый допустимый ток диода в прямом смещенном состоянии (состояние проводимости). Обычно приводится для диодов малой и средней мощности,
• I _ZMAX — максимальное, допустимое значение стабилизации тока, в большинстве случаев определяется из отношения P _и скорости рассеяния и стабилизации напряжения Pad V _Z ,
• P _MAX — максимальная потеря мощности.

Рис. 3. Схема системы стабилизатора на основе стабилитрона

Стабилитрон

Системы стабилизации напряжения — одни из самых распространенных. Некоторые устройства питаются от батарей (аккумуляторных батарей), а выходное напряжение источников питания может колебаться в пределах относительно большого диапазона.

Давайте посмотрим на методы создания безопасных напряжений. Очевидно, что у вас всегда есть возможность использовать встроенный стабилизатор напряжения (IC), однако существует довольно много других интересных подходов, большинство из которых требует всего лишь нескольких (обычно разных) компонентов.

Стабилизация напряжения — не сложная задача при обучении, так как хорошие микросхемы стабилизаторов напряжения, такие как 7805, легко доступны. Из-за этого в этих устройствах обычно используется регулятор напряжения для подачи немного пониженного, но постоянного напряжения, например 5 В для электронных схем или для получения микроконтроллера. При работе с входным напряжением от 7 В до 30 В он предлагает выходное напряжение всего 5 В. С другой стороны, использование интегральной схемы включает в себя большое количество элементов.В качестве альтернативы можно использовать 1 полупроводниковый прибор, а именно стабилитрон. Стабилизатор 7805 действительно содержит стабилитрон наряду со значительным количеством транзисторов. Стабилитрон — это своего рода диод, в котором пробой происходит с использованием четко определенного обратного осмоса. Принцип работы схемы является результатом особенностей обычного стабилитрона. Самый первый пробой происходит, когда обратное напряжение поднимается выше определенного значения (UZ), что способствует резкому усилению обратного присутствия.Напряжение на диоде остается стабильным при пробивном напряжении, при условии, что вы не переусердствуете с противоположным током. Очередной пробой — это регулярно наблюдаемый недостаток при использовании стабилитронов. В случае, если стабилитрон становится слишком горячим, переход закорачивается, и после этого диод поднимает напряжение до уровня, близкого к нулю. Проще говоря, выражение «стабилитрон» не обязательно уместно, поскольку два разных явления несут ответственность за его пробой при напряжении от 3 до 200 В.Это отрицательный температурный коэффициент, заставляющий напряжение стабилитрона падать до 0,1 процента на уровень. Удар лавины, превышающий 5,6 В, имеет положительный температурный коэффициент.

Что такое стабилитрон и как он используется в качестве стабилизатора напряжения

Что такое стабилитрон

Когда напряжение обратного смещения на нормальном кристаллическом диоде увеличивается, точка, известная как точка перегиба, достигается при напряжении, известном как напряжение пробоя, когда обратный ток резко увеличивается до высокого значения.Это напряжение пробоя также известно как напряжение Зенера, а резкое увеличение тока известно как ток Зенера.

Напряжение пробоя диода зависит от количества легирования. В сильно легированном диоде обедненный слой тонкий, поэтому пробой перехода происходит при более низком напряжении обратного смещения. С другой стороны, слаболегированный диод имеет более высокое напряжение пробоя. Когда обычный кристаллический диод правильно легирован, чтобы иметь резкое напряжение пробоя, он известен как стабилитрон.На рис (1) показан символ стабилитрона.

Стабилитрон всегда используется в состоянии обратного смещения. Он имеет резкое напряжение пробоя, известное как напряжение Зенера V _Z . При прямом смещении он ведет себя как обычный кристаллический диод. На рис (2) показаны характеристики стабилитрона.

Фиг.2

Схема, эквивалентная

, стабилитрон

Случай 1. В состоянии

Когда обратное напряжение на стабилитроне равно или превышает напряжение пробоя V _Z , ток увеличивается очень резко.

Фиг.3

В этом состоянии напряжение на стабилитроне постоянно и равно _Z , независимо от изменения тока через него.

Таким образом, в области пробоя идеальный стабилитрон действует как батарея с напряжением V _Z , и говорят, что стабилитрон находится в состоянии «ВКЛ».

Случай 2. ВЫКЛ Состояние:

Когда обратное напряжение на стабилитроне меньше V _Z , но больше 0 В, стабилитрон находится в состоянии «ВЫКЛ».В таком состоянии стабилитрон можно заменить на разомкнутую цепь.

Фиг.4

Стабилитрон как стабилизатор напряжения

Стабилитрон может использоваться в качестве стабилизатора напряжения или регулятора напряжения для обеспечения постоянного напряжения от источника, напряжение которого может изменяться в определенном диапазоне.

Фиг.5

Схема подключения показана на рис. (5).

Стабилитрон напряжения Зенера V _Z подключен реверсивно через сопротивление нагрузки R _L , через которое требуется постоянное выходное напряжение E _O .

Последовательное сопротивление R используется для поглощения колебаний выходного напряжения, чтобы поддерживать постоянное выходное напряжение на R _L .

Когда схема спроектирована должным образом, выходное напряжение E _O остается постоянным, даже если входное напряжение E _i и сопротивление нагрузки R _L могут изменяться в широком диапазоне.

Случай 1: E

_i переменная и R _L постоянная

Рис.6

Предположим, что входное напряжение E _i увеличивается, поскольку стабилитрон находится в области пробоя, стабилитрон эквивалентен батарее с напряжением V _Z , а выходное напряжение остается постоянным на уровне V _Z (E _O = V _Z ).

Избыточное напряжение падает на R. Это вызовет увеличение значения общего тока I. Стабилитрон будет проводить увеличение тока в I, в то время как ток нагрузки остается постоянным.

Следовательно, выходное напряжение остается постоянным независимо от изменения входного напряжения E _i

Сводка (Дело 1)

Предположим, E _i увеличивается

Поскольку стабилитрон находится в области пробоя, V _Z остается постоянным

E _O = V _Z

Таким образом, E _O остается постоянным

Повышенное падение напряжения на R

Таким образом, I увеличивается, поскольку I _L остается постоянным, I _Z увеличивается

Таким образом, избыточный ток проводится стабилитроном и E _O остается постоянным независимо от изменения E _i

Случай 2: E

_i Constant и R _L Vaiable

Теперь предположим, что входное напряжение E _i постоянно, но R _L уменьшается на

Поскольку стабилитрон находится в области пробоя, напряжение на нем будет оставаться постоянным на уровне V _Z .

Поскольку выходное напряжение E _O равно напряжению стабилитрона, E _O также останется постоянным при V _Z .

Когда R _L уменьшается, чтобы поддерживать E _O постоянным, ток через сопротивление нагрузки I _L будет увеличиваться.

Поскольку E _i является постоянным, общий ток I также постоянен. Таким образом, увеличение тока нагрузки I _L будет происходить из-за уменьшения тока стабилитрона I _Z .

Падение напряжения на R = E _i — E _O

Ток через R, I = I _Z + I _L

Сасмита

Привет! Я Сасмита. В ElectronicsPost.com я продолжаю свою любовь к преподаванию. Я магистр электроники и телекоммуникаций. И, если вы действительно хотите узнать обо мне больше, посетите мою страницу «О нас». Узнать больше

Zener Voltage — обзор

Регулировка напряжения

Блоки питания от сети (часто сделанные с возможностью подключения к обычной сетевой розетке) иногда продаются как «разрядники батарей».Они используются для питания радиоприемника или магнитофона и более экономичны, чем батарейки. Их выход — постоянный ток. и может быть рассчитано на 6 В, 9 В, а иногда и на другое установленное напряжение. Если вы измеряете выходную мощность с помощью тестера, вы можете обнаружить, что напряжение намного выше, чем номинальное напряжение, когда к устройству подключен только измеритель. При подключении радиоприемника или другого оборудования выходная мощность падает до номинального уровня, но может быть на несколько вольт ниже. Это связано с тем, что напряжение простого трансформатора-выпрямителя-стабилизатора падает с увеличением тока, потребляемого от него.Обычно это не имеет значения для радиоприемников и аналогичного оборудования, но имеет значение, предназначены ли части схемы для работы при фиксированном напряжении.

Если необходимо регулировать напряжение от источника питания, требуется дополнительный каскад. На схеме на странице 105 дополнительный каскад состоит из резистора и стабилитрона. Стабилитрон выбирается так, чтобы напряжение стабилитрона (стр. 79) было равным тому, которое требуется для цепи, которая должна быть запитана. Оно должно быть ниже, чем предусмотрено схемой выпрямителя.Когда ток течет во внешнюю цепь, возникает p.d. через резистор. Значение выбирается таким образом, чтобы напряжение было немного больше, чем требуется для внешней цепи, когда она использует свой максимальный ток.

Стабилитрон проводит небольшой избыточный ток, а остаток идет во внешнюю цепь. П. через постоянный ток выходные клеммы — это напряжение стабилитрона. Если внешняя цепь изменяет свои требования так, что ей требуется меньший ток, избыточный ток утекает через диод.Питание внешней цепи остается на стабилитроне. Стабилитрон не идеален, но подходит для многих целей.

Опорное напряжение запрещенной зоны действует аналогично стабилитрону. На странице 116 объясняется, как устройство с запрещенной зоной можно использовать в качестве датчика температуры, регулируя скорость изменения двух противоположных p.d.s. В опорном напряжении запрещенной зоны настройки таковы, что одинаковая разница напряжений достигается при всех температурах в широком диапазоне.Таким образом, эталон дает постоянное напряжение при любой температуре, что делает его пригодным для прецизионных схем. Он может заменить стабилитрон на стр. 105, чтобы обеспечить лучшую степень регулирования выходного напряжения.

Еще лучший способ регулировать выходное напряжение — использовать усилитель эмиттерного повторителя (стр. 99) в качестве регулятора напряжения. На нерегулируемой стороне схемы (после сглаживающего конденсатора) ток протекает через резистор и стабилитрон. Диод смещен в обратном направлении в область лавинного пробоя (стр.79). Номинал резистора таков, что обратный ток довольно мал, скажем 5 мА.

В _UNREG изменяется по мере того, как ток, потребляемый из цепи, возрастает и падает. Ток, протекающий через диод, увеличивается выше 5 мА или уменьшается ниже 5 мА, но p.d. на диоде остается близким к стабилитрону. Таким образом, стабилитрон удерживает базу транзистора при напряжении стабилитрона В z.

Изменения величины тока, потребляемого от цепи (в определенных пределах), не влияют на напряжение на базе транзистора.Транзистор обычно рассчитан на пропускание тока 1 А, возможно, больше. Ток через коллектор и эмиттер попадает во внешнюю цепь.

Пока транзистор находится в проводящем состоянии, между базой и эмиттером существует обычный p.d ( В, _BE ) около 0,6 В. Это связано с виртуальной ячейкой на p-n-переходе. Таким образом, регулируемое выходное напряжение В _REG на 0,6 В меньше, чем В _z . Например, если напряжение стабилитрона равно 4.7 В, регулируемое выходное напряжение составляет 4,1 В.

Транзисторная схема, подобная описанной выше, может быть включена в тип интегральной схемы (стр. 159), известный как стабилизатор напряжения . Такие устройства также могут иметь функции ограничения тока.