Dioda semikonduktor memiliki banyak "profesi". Itu dapat memperbaiki tegangan, memisahkan sirkuit listrik, melindungi peralatan dari catu daya yang tidak tepat. Tetapi ada jenis "operasi" dioda yang tidak terlalu normal ketika sifat konduksi satu arahnya digunakan secara tidak langsung. Perangkat semikonduktor yang mode operasi normalnya bias balik disebut dioda penstabil.
Isi
Apa itu dioda zener, di mana digunakan dan apa jenisnya?
Sebuah stabilitron, atau dioda Zener (dinamai setelah ilmuwan Amerika yang pertama kali mempelajari dan menggambarkan sifat-sifat perangkat semikonduktor ini), adalah dioda biasa dengan sambungan p-n. Keunikannya adalah operasinya pada bagian bias negatif dari karakteristik, yaitu, ketika tegangan diterapkan dalam polaritas terbalik. Dioda semacam itu digunakan sebagai penstabil independen, menjaga tegangan konsumen tetap konstan terlepas dari variasi arus beban dan fluktuasi tegangan input.Juga node pada stabilitron digunakan sebagai sumber tegangan referensi untuk stabilisator lain dengan sirkuit canggih. Lebih jarang, dioda terbalik digunakan sebagai elemen pembentuk pulsa atau penekan lonjakan.
Ada stabilitron konvensional dan dioda dua kanon. Stabilitron dua karbon adalah dua dioda dalam arah yang berlawanan dalam kasus yang sama. Itu dapat diganti dengan dua perangkat terpisah dengan menghubungkannya sesuai dengan sirkuit yang sesuai.
Karakteristik Volt-ampere Stabilitron dan Cara Kerjanya
Untuk memahami cara kerja Stabilizer, Anda harus mempelajari karakteristik volt-ampere (VAC) yang khas.
Jika Anda menerapkan tegangan ke zener dalam arah maju, sebagai dioda normal, ia akan berperilaku seperti dioda normal. Pada tegangan sekitar 0,6 V (untuk perangkat silikon) itu akan terbuka dan menuju ke bagian linier CVC. Pada topik artikel, lebih menarik untuk melihat bagaimana perilaku dioda penstabil ketika tegangan dari polaritas yang berlawanan diterapkan (sisi negatif dari karakteristik). Pada awalnya resistansi akan meningkat tajam dan perangkat akan berhenti membawa arus. Tetapi ketika tegangan mencapai nilai tertentu, akan terjadi peningkatan arus yang tajam, yang disebut breakdown. Itu seperti longsoran salju, dan menghilang saat listrik dicabut. Jika tegangan balik terus meningkat, sambungan p-n akan mulai memanas dan masuk ke mode kerusakan termal. Kerusakan termal tidak dapat diubah dan berarti dioda akan gagal, jadi Anda tidak boleh meletakkan dioda dalam mode ini.
Bagian operasi perangkat semikonduktor dalam mode kerusakan longsoran menarik. Bentuknya mendekati linier, dan memiliki kecuraman yang tinggi. Ini berarti bahwa dengan perubahan arus (ΔI) yang besar, perubahan penurunan tegangan pada stabilizer relatif kecil (ΔU). Dan ini adalah stabilisasi.
Perilaku ini ketika tegangan balik diterapkan adalah karakteristik dari setiap dioda. Tetapi kekhasan dioda penstabil adalah bahwa parameternya di bagian CVC ini dinormalisasi. Tegangan stabilisasi dan kemiringan karakteristiknya diberikan (dengan spread tertentu) dan merupakan parameter penting yang menentukan kesesuaian perangkat untuk digunakan dalam rangkaian. Ini dapat ditemukan di buku referensi. Dioda biasa juga dapat digunakan sebagai dioda penstabil - jika Anda mengambil gambar SVC-nya dan Anda menemukan satu dengan karakteristik yang cocok di antara mereka. Tetapi ini adalah proses yang panjang dan memakan waktu dengan hasil yang tidak dijamin.
Karakteristik utama dari dioda penstabil adalah:
Untuk memilih dioda Zener untuk aplikasi Anda, Anda perlu mengetahui beberapa parameter penting. Karakteristik ini akan menentukan kesesuaian perangkat yang dipilih untuk tugas yang ada.
Nilai Tegangan Stabilisasi
Parameter zener pertama yang harus dilihat saat memilih adalah tegangan stabilisasi, yang ditentukan oleh titik inisiasi avalanche breakdown. Ini adalah titik awal untuk memilih perangkat untuk digunakan dalam sirkuit. Salinan zener biasa yang berbeda, bahkan dari jenis yang sama, memiliki variasi tegangan di wilayah beberapa persen, sedangkan perbedaannya lebih rendah untuk yang presisi. Jika tegangan nominal tidak diketahui, dapat ditentukan dengan merakit rangkaian sederhana. Perlu untuk mempersiapkan:
- Sebuah resistor pemberat sebesar 1...3 kOhm;
- sumber tegangan yang dapat disesuaikan;
- Sebuah voltmeter (Anda dapat menggunakan tester).
Hal ini diperlukan untuk menaikkan tegangan catu daya dari nol, mengendalikan peningkatan tegangan pada stabilizer dengan voltmeter. Pada titik tertentu itu akan berhenti, meskipun ada peningkatan lebih lanjut dalam tegangan input. Ini adalah tegangan stabilisasi yang sebenarnya. Jika tidak ada sumber yang diatur, Anda dapat menggunakan catu daya dengan tegangan keluaran konstan yang diketahui lebih tinggi dari U stabilisasi. Sirkuit dan prinsip pengukuran tetap sama.Tetapi ada risiko kegagalan perangkat semikonduktor karena arus operasi yang berlebihan.
Stabilitron digunakan untuk tegangan dari 2...3 V hingga 200 V. Untuk membentuk tegangan stabil di bawah kisaran ini, perangkat lain digunakan - stabilitron, bekerja pada bagian lurus CVC.
Rentang operasi saat ini
Kisaran arus di mana dioda penstabil menjalankan fungsinya terbatas di bagian atas dan bawah. Di bagian bawah itu terbatas pada awal segmen linier dari cabang terbalik dari kurva karakteristik. Pada arus yang lebih rendah, karakteristiknya tidak memberikan keteguhan tegangan.
Nilai atas dibatasi oleh disipasi daya maksimum yang mampu dilakukan oleh perangkat semikonduktor dan bergantung pada desainnya. Stabilitron dalam wadah logam dirancang untuk arus yang lebih tinggi, tetapi Anda tidak boleh melupakan penggunaan unit pendingin. Tanpa mereka, disipasi daya tertinggi yang diizinkan akan jauh lebih rendah.
Impedansi Diferensial
Parameter lain yang menentukan kinerja regulator adalah resistansi diferensial Rc. Ini didefinisikan sebagai rasio perubahan tegangan U dengan perubahan arus I yang dihasilkan. Nilai ini memiliki dimensi resistansi dan diukur dalam ohm. Secara grafis, itu adalah tangen kemiringan bagian kerja karakteristik. Jelas, semakin kecil resistansi, semakin baik kualitas stabilisasi. Untuk stabilizer yang ideal (tidak ada dalam praktiknya) Rst adalah nol - setiap kenaikan arus tidak akan menyebabkan perubahan tegangan, dan bagian kurva akan sejajar dengan sumbu ordinat.
Penandaan stabilisator
Dioda penstabil berkapsul logam domestik dan impor diberi label sederhana dan jelas. Mereka ditandai dengan nama perangkat dan lokasi anoda dan katoda dalam bentuk penunjukan skema.
Perangkat dalam kemasan plastik ditandai dengan cincin dan titik dengan warna berbeda pada sisi katoda dan anoda. Dengan warna dan kombinasi tanda Anda dapat menentukan jenis perangkat, tetapi Anda harus mencari di buku referensi atau menggunakan program kalkulator. Keduanya dapat ditemukan di Internet.
Tegangan stabilisasi terkadang dicetak pada dioda penstabil berdaya rendah.
Switching Diagram untuk Menstabilkan Dioda
Rangkaian dasar untuk Stabilizer dirangkai seri dengan a penghambatyang mengatur arus melalui perangkat semikonduktor dan mengambil kelebihan tegangan. Kedua elemen itu membentuk pembagi umum. Ketika tegangan input berubah, penurunan pada stabilizer tetap konstan dan resistor berubah.
Sirkuit semacam itu dapat digunakan secara independen dan disebut regulator parametrik. Itu menjaga tegangan beban konstan meskipun fluktuasi tegangan input atau konsumsi arus (dalam batas-batas tertentu). Unit semacam itu juga digunakan sebagai sirkuit bantu di mana sumber tegangan referensi diperlukan.
Ini juga digunakan untuk melindungi peralatan sensitif (sensor, dll.) dari tegangan tinggi yang tidak normal (DC atau pulsa acak) di jalur suplai atau pengukuran. Apa pun di atas tegangan stabilisasi perangkat semikonduktor "terputus". Sirkuit seperti itu disebut "penghalang Zener."
Di masa lalu, properti stabilizer untuk "memotong" puncak tegangan banyak digunakan dalam sirkuit pembentuk pulsa. Perangkat dua saluran digunakan di sirkuit AC.
Tetapi dengan perkembangan teknologi transistor dan munculnya sirkuit terpadu, prinsip ini jarang digunakan.
Jika Anda tidak memiliki pengatur tegangan yang Anda inginkan, Anda dapat membuat salah satu dari dua. Tegangan stabilisasi total akan sama dengan jumlah dari dua tegangan.
Penting! Stabilitron tidak boleh dihubungkan secara paralel untuk meningkatkan arus operasi! Perbedaan karakteristik volt-ampere akan menyebabkan output di zona kerusakan termal satu stabilitron, kemudian akan gagal yang kedua karena kelebihan arus beban.
Meskipun dokumentasi teknis dari zaman Soviet memungkinkan paralel hubungan paralel dari zener secara paralel, tetapi dengan ketentuan bahwa perangkat harus dari jenis yang sama dan total disipasi daya aktual selama operasi tidak boleh melebihi yang diizinkan untuk satu stabilitron. Artinya, peningkatan arus operasi dalam kondisi seperti itu tidak dapat dicapai.
Untuk meningkatkan arus beban yang diizinkan, skema lain digunakan. Stabilizer parametrik dilengkapi dengan transistor, dan kami mendapatkan repeater emitor dengan beban di sirkuit emitor dan stabil tegangan pada basis transistor.
Dalam hal ini tegangan keluaran stabilizer akan lebih kecil dari U-stabilisasi dengan nilai penurunan tegangan di persimpangan emitor - untuk transistor silikon sekitar 0,6 V. Untuk mengimbangi pengurangan ini, dioda dapat dihubungkan secara seri dengan stabilizer di arah ke depan.
Dengan cara ini (dengan memasukkan satu atau lebih dioda), Anda dapat mengatur tegangan keluaran regulator ke atas dalam batas-batas kecil. Jika perlu meningkatkan Uv secara drastis, lebih baik memasukkan satu dioda lagi secara seri.
Ruang lingkup penerapan stabilitron di sirkuit elektronik sangat luas. Dengan pendekatan sadar terhadap pilihan, perangkat semikonduktor ini akan membantu menyelesaikan banyak tugas yang ditetapkan untuk pengembang.
Artikel terkait:
