Стабілітрони

Вступ

Діоди, як правило, відомі як пристрій, що дозволяє пропускати струм в одному напрямку (з упередженим зміщенням) і забезпечує опір потоку струму при використанні з зворотним зміщенням. Стабілітрон (названий на честь американського вченого К. Зенера, який першим пояснив принципи його роботи), з іншого боку, не тільки допускає потік струму при використанні з прямим зміщенням, але вони також дозволяють протікати струму при використанні в зворотному зміщенні поки що прикладена напруга перевищує напругу пробою, відому як напруга пробою Зенера. Або іншими словами, напруга пробою - це напруга, на якій стабілітрон починає проводити в зворотному напрямку.

Принцип роботи стабілітрона:

У звичайних діодах напруга пробою дуже висока, і діод пошкоджується повністю, якщо подається напруга вище діода пробою, але у стабілітронів напруга пробою не така висока і не призводить до постійного пошкодження стабілітрона, якщо подається напруга.

Оскільки зворотна напруга, що подається на стабілітроновий діод, зростає до заданої напруги пробою (Vz), через діод починає протікати струм, і цей струм відомий як струм Зенера, і цей процес відомий як лавинний пробій . Струм збільшується до максимуму і стабілізується. Цей струм залишається постійним у ширшому діапазоні прикладеної напруги і дозволяє стабілітрону витримувати з вищою напругою, не отримуючи пошкодження. Цей струм визначається послідовним резистором.

Розгляньте наведені нижче зображення нормального діода в дії.

Щоб продемонструвати роботу стабілітрона, розглянемо два експерименти (А і В) нижче.

В експерименті А стабілітрон 12 В підключений в зворотно зміщеному напрямку, як показано на зображенні, і видно, що стабілітрон ефективно блокував напругу, оскільки він був меншим / рівним напрузі пробою конкретного стабілітрона і лампи, таким чином зупинився.

В експерименті В використовуваний стабілітрон 6v проводить (лампочка вмикається) із зворотним зміщенням, оскільки прикладена напруга більша за напругу пробою, і, таким чином, показано, що область пробою є областю роботи стабілітрона.

Вольтамперная характеристика діода Зенера показана нижче.

З графіку випливає, що стабілітрон, що працює в режимі зворотного зміщення, матиме досить постійну напругу незалежно від величини струму, що подається.

Застосування стабілітрона:

Стабілітрони використовуються в трьох основних додатках в електронних схемах;

1. Регулювання напруги

2. Кліпер для форми хвилі

3. Перемикач напруги

1. Стабілітрон як регулятор напруги

Це, мабуть, найпоширеніше застосування стабілітронів.

Це застосування стабілітронів значною мірою покладається на здатність стабілітронів підтримувати постійну напругу незалежно від змін струму живлення або навантаження. Загальна функція пристрою регулювання напруги полягає в забезпеченні постійної вихідної напруги на навантаженні, підключеному паралельно до нього, незалежно від коливань енергії, що залучається навантаженням (струм навантаження), або змін і нестабільності напруги живлення.

Стабілітрон забезпечить постійну напругу за умови, що струм залишається в межах максимального та мінімального зворотного струму.

Принципова схема, що показує стабілітрон, що використовується як регулятор напруги, показана нижче.

Резистор R1 послідовно підключений до стабілітрона, щоб обмежити величину струму, що протікає через діод, а вхідна напруга Vin (яка повинна бути більше напруги стабілітрона) підключена поперек, як показано на зображенні, а вихідна напруга Vout, приймається через стабілітрон з Vout = Vz (напруга стабілітрона). Оскільки характеристики зворотного зміщення стабілітрона є необхідними для регулювання напруги, він підключається в режимі зворотного зміщення, катод приєднується до позитивної шини ланцюга.

Слід бути обережним при виборі значення резистора R1, оскільки резистор малого значення призведе до великого струму діода при підключенні навантаження, і це збільшить вимогу до розсіювання потужності діода, яка може стати вищою за максимальну потужність стабілітрон і може пошкодити його.

Значення використовуваного резистора можна визначити, використовуючи формулу нижче.

R ₁ = (V _в - V _Z) / I _Z Де; R1 - значення послідовного опору. Vin - вхідна напруга. Vz, те саме, що Vout - це напруга стабілітрона, а Iz - струм стабілітрона.

Використовуючи цю формулу, стає легко переконатися, що значення вибраного резистора не призведе до протікання струму вище, ніж може обробляти стабіліт.

Одна невелика проблема, з якою стикаються схеми регуляторів на основі діодів на стабілітроні, полягає в тому, що стабілітрони іноді генерують електричний шум на живильній рейці, намагаючись регулювати вхідну напругу. Хоча це не може бути проблемою для більшості застосувань, цю проблему можна вирішити шляхом додавання конденсатора великого значення для роз'єднання по діоду. Це допомагає стабілізувати вихід стабілітрона.

2. Стабілітроновий діод як машинка для формування хвилі

Одне із застосувань звичайних діодів полягає у застосуванні схем відсікання та затискання, які є схемами, що використовуються для формування або модифікації вхідного сигналу змінного струму або сигналу змінного струму, створюючи вихідний сигнал різної форми залежно від специфікацій машинки для стрижки або затискача.

Схеми кліперів загалом - це схеми, які використовуються для запобігання виходу вихідного сигналу схеми за межі попередньо визначеного значення напруги без зміни будь-якої іншої частини вхідного сигналу або форми сигналу.

Ці схеми разом із затискачами широко використовуються в аналогових телевізійних та FM-радіопередавачах для усунення перешкод (затискних схем) та обмеження піків шуму шляхом відсікання високих піків.

Оскільки стабілітрони загалом поводяться як звичайні діоди, коли прикладена напруга не дорівнює напрузі пробою, вони, таким чином, також використовуються в ланцюгах відсікання.

Схеми відсікання можуть бути спроектовані для відсікання сигналу в позитивній, негативній або обох областях. Хоча діод природним чином відсікає іншу область на 0,7 В, незалежно від того, був він розроблений як позитивний чи негативний кліпер.

Наприклад, розглянемо схему нижче.

Схема відсікача призначена для відсікання вихідного сигналу на 6,2 в, тому був використаний стабілітрон на 6,2 в. Стабілітрон запобігає виходу вихідного сигналу за межі напруги стабілітрона незалежно від форми вхідного сигналу. Для цього конкретного прикладу було використано вхідну напругу 20 В, а вихідна напруга на позитивному повороті становила 6,2 В, що відповідає напрузі стабілітрона. Однак під час негативного коливання напруги змінного струму стабілітрон поводиться так само, як звичайний діод, і стримує вихідну напругу на 0,7 В, що відповідає нормальним силіконовим діодам.

Для реалізації схеми відсікання для негативного коливання ланцюга змінного струму, а також позитивного коливання таким чином, що напруга замикається на різних рівнях на позитивному і негативному коливанні, використовується подвійний ланцюг відсікання стабілітрона. Принципова схема схеми відсікання подвійного стабілітрона показана нижче.

У схемі відсікання вище напруга Vz2 представляє напругу на негативному похибці джерела змінного струму, при якому бажано відсікати вихідний сигнал, тоді як напруга Vz1 представляє напругу на позитивному похибку джерела змінного струму, при якому вихідна напруга бажано відрізати.

3. Стабілітрон як перетворювач напруги

Перетворювач напруги - одне з найпростіших, але цікавих застосувань стабілітрона. Якщо у вас був досвід, особливо з підключенням датчика 3,3 В до 5В мікроконтролера, і ви на власні очі побачили помилки в показаннях тощо, що це може призвести до них, ви оціните важливість перемикачів напруги. Перетворювачі напруги допомагають перетворювати сигнал від однієї напруги до іншої, і завдяки здатності стабілітрона підтримувати стабільну вихідну напругу в області пробою, це робить їх ідеальним компонентом для роботи.

У перетворювачі напруги на основі стабілітрона схема знижує вихідну напругу на величину, рівну напрузі пробою певного стабілітрона, який використовується. Схема електричного перемикача напруги наведена нижче.

Розглянемо експеримент нижче,

Схема описує перетворювач напруги на основі діодів на 3,3 в. Вихідна напруга (3,72 В) ланцюга визначається відніманням напруги пробою (3,3 В) стабілітрона від вхідної напруги (7 В).

Vout = Vin –Vz

Vout = 7 - 3,3 = 3,7 v

Перемикач напруги, як було описано раніше, має кілька застосувань у сучасному проектуванні електронних схем, оскільки інженеру-конструктору може знадобитися працювати з до трьох різних рівнів напруги часом у процесі проектування.

Типи стабілітронів:

Стабілітрони поділяються на типи на основі кількох параметрів, які включають;

1. Номінальна напруга
2. Розсіювання потужності
3. Струм прямого приводу
4. Пряма напруга
5. Тип упаковки
6. Максимальний зворотний струм

Номінальна напруга

Номінальна робоча напруга стабілітрона також відома як напруга пробою стабілітрона, залежно від програми, для якої повинен бути використаний діод, це часто є найважливішим критерієм вибору стабілітрона.

Розсіювання потужності

Це являє собою максимальну кількість потужності, яку може розсіяти струм стабілітрона. Перевищення цієї номінальної потужності призводить до надмірного підвищення температури стабілітрона, що може пошкодити його та призвести до виходу з ладу підключених до нього ланцюгів. Таким чином, цей фактор слід враховувати при виборі діода з урахуванням його використання.

Максимальний струм стабілітрона

Це максимальний струм, який можна пропустити через стабілітрон при напрузі стабілітрона, не пошкодивши пристрій.

Мінімальний струм стабілітрона

Це стосується мінімального струму, необхідного для того, щоб стабілітрон почав працювати в області пробою.

Інші параметри, що служать специфікацією для діода, повинні бути повністю розглянуті до прийняття рішення про тип типу стабілітрона, необхідного для цієї особливої ​​конструкції.

Висновок:

Ось 5 пунктів, які ви ніколи не повинні забувати про стабілітроні.

1. Стабілітрон схожий на звичайний діод лише тим, що він легований, щоб мати різку напругу пробою.
2. Стабілітрон підтримує стабільну вихідну напругу незалежно від вхідної напруги за умови, що максимальний струм стабілітрона не перевищений.
3. При підключенні прямого зміщення стабілітрон поводиться так само, як звичайний силіконовий діод. Він проводить з тим самим падінням напруги 0,7 в, що супроводжує використання звичайного діода.
4. Робочий стан стабілітрона за замовчуванням знаходиться в області пробою (зворотне зміщення). Це означає, що він фактично починає працювати, коли прикладена напруга вище напруги стабілітрона при зворотному зміщенні.
5. Стабілітрон в основному використовується в додатках, що включають регулювання напруги, відсікання ланцюгів та перемикачів напруги.