半導体ダイオードには多くの「職業」があります。電圧を整流し、電気回路を分離し、不適切な電源から機器を保護します。しかし、その一方向伝導特性が非常に間接的に使用される場合、あまり普通ではない種類のダイオード「動作」があります。通常の動作モードが逆バイアスである半導体デバイスは、安定化ダイオードと呼ばれます。
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ツェナーダイオードとは何ですか、どこで使用され、どのような種類がありますか
スタビリトロン、またはツェナー ダイオード (この半導体デバイスの特性を最初に研究し、説明したアメリカの科学者にちなんで名付けられた) は、pn 接合を持つ通常のダイオードです。その特異性は、特性の負バイアス部分、つまり電圧が逆極性で印加されたときの動作です。このようなダイオードは独立した安定器として使用され、負荷電流の変動や入力電圧の変動に関係なく、消費者の電圧を一定に維持します。また、スタビリトロンのノードは、高度な回路を備えた他のスタビライザーの基準電圧源として使用されます。あまり頻繁ではありませんが、逆方向ダイオードはパルス整形素子またはサージ サプレッサとして使用されます。
従来のスタビリトロンと 2 カノン ダイオードがあります。 2 炭素スタビリトロンは、同じケース内で反対方向にある 2 つのダイオードです。適切な回路に従って接続することにより、2 つの別個のデバイスに置き換えることができます。
スタビリトロンのボルトアンペア特性とその仕組み
スタビライザーがどのように機能するかを理解するには、その典型的な電圧-アンペア特性 (VAC) を調べる必要があります。
通常のダイオードとして、ツェナーに順方向に電圧を加えると、通常のダイオードのように動作します。約 0.6 V の電圧 (シリコン デバイスの場合) で開き、CVC の線形セクションに移動します。この記事のトピックでは、反対の極性の電圧が印加されたとき (特性の負側) に安定化ダイオードがどのように動作するかを確認することはより興味深いことです。最初は抵抗が急激に増加し、デバイスは電流を流さなくなります。しかし、電圧が一定の値に達すると、ブレークダウンと呼ばれる電流が急激に増加します。雪崩のようで、電源を切ると消えます。逆電圧が増加し続けると、pn接合が加熱し始め、熱破壊モードに入ります。熱破壊は元に戻せず、ダイオードが故障することを意味するため、ダイオードをこのモードにしないでください。
アバランシェ降伏モードでの半導体デバイスの動作セクションは興味深いものです。形状は直線に近く、急峻度が高い。これは、電流が大きく変化しても (ΔI)、スタビライザーでの電圧降下の変化が比較的小さい (ΔU) ことを意味します。そしてこれが安定化です。
逆電圧が印加されたときのこの動作は、すべてのダイオードの特徴です。しかし、安定化ダイオードの特徴は、CVC のこのセクションでのパラメータが正規化されていることです。その安定化電圧と特性の傾きは（一定の広がりを持って）与えられ、回路で使用されるデバイスの適合性を決定する重要なパラメータです。これらは参考書で見つけることができます。通常のダイオードも安定化ダイオードとして使用できます-SVCの写真を撮り、その中に適切な特性を持つものを見つけた場合。しかし、これは時間がかかり、結果が保証されないプロセスです。
安定化ダイオードの主な特性は次のとおりです。
アプリケーションにツェナー ダイオードを選択するには、いくつかの重要なパラメータを知っておく必要があります。これらの特性により、選択したデバイスが現在のタスクに適しているかどうかが決まります。
定格安定電圧
選択する際に最初に確認するツェナー パラメータは、アバランシェ ブレークダウンの開始点によって決定される安定化電圧です。これは、回路で使用するデバイスを選択するための出発点です。通常のツェナーの異なるコピーは、同じタイプであっても、数パーセントの範囲の電圧変動がありますが、精密なものではその差は小さくなります。公称電圧が不明な場合は、簡単な回路を組み立てることで決定できます。次の準備が必要です。
- 1 ～ 3 kΩ のバラスト抵抗。
- 調整可能な電圧源;
- 電圧計（テスターを使用できます）。
電源の電圧をゼロから上げ、安定器の電圧の上昇を電圧計で制御する必要があります。入力電圧がさらに上昇しても、ある時点で停止します。これが実際の安定化電圧です。安定化された電源がない場合は、安定化の U よりも高いことが知られている一定の出力電圧を持つ電源を使用できます。回路と測定原理は同じままです。ただし、過大な動作電流による半導体デバイスの故障のリスクがあります。
スタビリトロンは、2...3 V から 200 V までの電圧に使用されます。この範囲を下回る安定した電圧を形成するために、CVC の直線部分で動作するスタビリトロンなどの他のデバイスが使用されます。
動作電流範囲
安定化ダイオードがその機能を実行する電流の範囲は、上部と下部で制限されます。下部では、特性曲線の逆分岐の線形セグメントの開始に限定されます。低電流では、この特性は電圧の一定性を提供しません。
上限値は、半導体デバイスが可能な最大消費電力によって制限され、その設計によって異なります。金属ケースのスタビリトロンはより高い電流用に設計されていますが、ヒートシンクの使用を忘れてはなりません。それらがなければ、最大許容電力損失は大幅に低くなります。
差動インピーダンス
レギュレータの性能を決定するもう 1 つのパラメータは、微分抵抗 Rc です。これは、結果として生じる電流の変化ΔIに対する電圧の変化ΔUの比率として定義されます。この値は抵抗の次元を持ち、オームで測定されます。グラフ上では、特性の作業セクションの勾配の正接です。明らかに、抵抗が小さいほど、安定化の品質が向上します。理想的な (実際には存在しない) スタビライザーの場合、Rst はゼロです。電流が増加しても電圧は変化せず、曲線のセクションは縦軸に平行になります。
スタビライザーのマーキング
国内および輸入された金属カプセル化された安定化ダイオードには、簡単かつ明確にラベルが付けられています。それらには、デバイスの名前と、アノードとカソードの位置が回路図の形でマークされています。
プラスチックパッケージのデバイスは、カソード側とアノード側に異なる色のリングとドットでマークされています。記号の色と組み合わせでデバイスの種類を判断できますが、参考書を調べたり、電卓プログラムを使用したりする必要があります。どちらもインターネットで検索できます。
安定化電圧は、低電力安定化ダイオードに印刷されていることがあります。
安定化ダイオードのスイッチング図
スタビライザーの基本回路は、 抵抗器これは、半導体デバイスを流れる電流を設定し、過剰な電圧を取ります。 2つの要素が構成する 分周器.入力電圧が変化すると、スタビライザー両端の電圧降下は一定のままで、抵抗が変化します。
このような回路は独立して使用でき、パラメトリックレギュレータと呼ばれます。入力電圧や消費電流が（一定の制限内で）変動しても、負荷電圧を一定に保ちます。このようなユニットは、基準電圧源が必要な補助回路としても使用されます。
また、供給ラインまたは測定ラインの異常な高電圧 (DC またはランダム パルス) から敏感な機器 (センサーなど) を保護するためにも使用されます。半導体デバイスの安定化電圧を超えるものはすべて「遮断」されます。このような回路を「ツェナーバリア」と呼びます。
これまで、電圧のトップを「カットオフ」する安定器の特性は、パルス整形回路で広く使用されていました。 AC 回路では 2 チャンネルのデバイスが使用されていました。
しかし、トランジスタ技術の発展と集積回路の出現により、この原理はほとんど使用されなくなりました。
必要な電圧のレギュレーターがない場合は、2 つのうちの 1 つを作成できます。安定化電圧の合計は、2 つの電圧の合計に等しくなります。
重要！ 動作電流を増やすために、スタビリトロンを並列に接続しないでください。電圧-アンペア特性の違いにより、1 つのスタビリトロンの熱破壊ゾーンで出力が発生し、負荷電流の超過により 2 つ目のスタビリトロンが故障します。
ソビエト時代の技術文書では許可されていますが 平行 の並列接続 ただし、デバイスが同じタイプである必要があり、動作中の実際の総消費電力が単一のスタビリトロンの許容値を超えないようにする必要があります。すなわち、このような条件下での動作電流の増加は達成できない。
許容負荷電流を増やすために、別のスキームが使用されます。パラメトリックスタビライザーはトランジスタによって補完され、エミッター回路に負荷があり、安定したエミッターリピーターが得られます トランジスタベースの電圧.
この場合、安定器の出力電圧は、エミッタ接合での電圧降下の値だけ U 安定化よりも低くなります - シリコン トランジスタの場合、約 0.6 V. この減少を補償するために、ダイオードを安定器と直列に接続することができます。前方方向。
このようにして (1 つまたは複数のダイオードを含めることにより)、レギュレータの出力電圧を小さな制限内で上方に調整できます。 Uv を大幅に増加させる必要がある場合は、ダイオードをもう 1 つ直列に追加することをお勧めします。
電子回路におけるスタビリトロンの適用範囲は広大です。選択に対する意識的なアプローチにより、この半導体デバイスは、開発者に設定された多くのタスクを解決するのに役立ちます。
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