Cietvielu diodēm ir daudz "profesiju". Tas var iztaisnot spriegumu, atdalīt elektriskās ķēdes, aizsargāt iekārtas no nepareizas barošanas. Taču pastāv ne tik normāla diodes "darbība", kad tās vienvirziena vadītspējas īpašība tiek izmantota ļoti netieši. Pusvadītāju ierīci, kurai normāls darbības režīms ir apgrieztā novirze, sauc par stabilizatoru.
Saturs
Kas ir zenera diode, kur to izmanto un kādi ir tās veidi?
Stabilitrons jeb Zenera diode (nosaukta amerikāņu zinātnieka vārdā, kurš pirmais izpētīja un aprakstīja šīs pusvadītāju ierīces īpašības) ir parasta diode ar p-n krustojumu. To raksturo darbība negatīvās novirzes apgabalā, t. i., kad tiek pielikts spriegums ar apgrieztu polaritāti. Šādu diodi izmanto kā autonomu regulatoru, kas uztur nemainīgu patērētāja spriegumu neatkarīgi no slodzes strāvas svārstībām un ieejas sprieguma svārstībām. Stabilizēto diodu bloki tiek izmantoti arī kā standarta sprieguma avoti citiem stabilizatoriem ar uzlabotu shēmu. Retāk reverso diodi izmanto kā impulsu formēšanas elementu vai kā pārsprieguma slāpētāju.
Ir parastie stabilizatori un dubultkvadratūras regulatori. Dubultkvadrātveida stabilitrons ir divas pretējos virzienos izvietotas diodes vienā korpusā. To var aizstāt ar divām atsevišķām ierīcēm piemērotā ķēdē.
Stabilitrona volt-ampēra raksturlielumi un tā darbība
Lai saprastu, kā darbojas stabilizators, ir jāizpēta tā tipiskā volt-ampēriskā raksturlīkne (VAC).
Ja zeneris tiek darbināts tiešajā virzienā kā parasta diode, tas uzvedīsies kā parasta diode. Pie aptuveni 0,6 V (silīcija ierīcei) tas atvērsies un nonāks CVC lineārajā daļā. Par raksta tēmu ir interesantāk redzēt, kā stabilizējošā diode uzvedas, kad tiek pielikts reversās polaritātes spriegums (raksturlīknes negatīvā puse). Sākumā tā pretestība strauji palielināsies, un ierīce pārtrauks strāvas plūsmu. Bet, kad spriegums sasniedz noteiktu vērtību, strauji palielinās strāva, ko sauc par sadalījumu. Tā ir lavīnveida un pazūd, kad jauda tiek noņemta. Ja reversais spriegums turpinās palielināties, p-n savienojums sāks sakarst un pāries termiskā sadalīšanās režīmā. Termiskā sadalīšanās ir neatgriezeniska, un tas nozīmē, ka diode neizdosies, tāpēc diodei nevajadzētu darboties šajā režīmā.
Interesants ir pusvadītāju ierīces lavīnveida sadalījuma posms. Tās forma ir tuva lineārajai, un tai ir liels stāvums. Tas nozīmē, ka pie lielām strāvas izmaiņām (ΔI) sprieguma krituma izmaiņas stabilizatorā ir relatīvi mazas (ΔU). Un tā ir stabilizācija.
Šāda uzvedība, kad tiek pielikts reversais spriegums, ir raksturīga jebkurai diodei. Taču stabilizējošā dioda īpatnība ir tā, ka tā parametri šajā CVC posmā ir normalizēti. Tā stabilizācijas spriegums un slīpums ir dots (ar zināmu variāciju) un ir svarīgi parametri, kas nosaka ierīces piemērotību izmantošanai ķēdē. Tos var atrast uzziņu grāmatās. Par stabilizējošām diodēm var izmantot arī parastas diodes - ja nofotografēsiet to jaudas līkni un starp tām atradīsiet kādu ar piemērotu raksturlīkni. Taču tas ir ilgs un laikietilpīgs process, kura rezultāts nav garantēts.
Stabilizācijas diodes galvenās īpašības ir šādas.
Lai izvēlētos Zenera diodi attiecīgajam lietojumam, ir vairāki svarīgi parametri, kas jāņem vērā. Šīs īpašības noteiks izvēlētās ierīces piemērotību lietojumam.
Stabilizācijas sprieguma novērtējums
Pirmais zenera parametrs, kas jāņem vērā, izvēloties, ir stabilizācijas spriegums, ko nosaka lavīnas sadalīšanās sākuma punkts. Tas ir sākumpunkts ķēdē izmantojamās ierīces izvēlei. Dažādiem parasto zeneru eksemplāriem, pat viena tipa, sprieguma svārstības ir dažu procentu robežās, bet precīzajiem zeneriem šī atšķirība ir mazāka. Ja nominālais spriegums nav zināms, to var noteikt, sastādot vienkāršu shēmu. Sagatavot:
- 1...3 kΩ balasta rezistors;
- Regulējams sprieguma avots;
- Voltmetrs (var izmantot testeri).
Barošanas spriegums jāpaaugstina no nulles un ar voltmetru jāpārbauda sprieguma pieaugums pāri regulatoram. Kādā brīdī tas apstāsies, neraugoties uz turpmāku ieejas sprieguma palielināšanos. Tas ir faktiskais stabilizācijas spriegums. Ja regulēts avots nav pieejams, var izmantot barošanas avotu ar konstantu izejas spriegumu, par kuru zināms, ka tas ir augstāks par U stabilizāciju. Shēma un mērīšanas princips paliek nemainīgs. Taču pastāv risks, ka pusvadītāju ierīce var sabojāties pārmērīgas darba strāvas dēļ.
Stabilizatori tiek izmantoti spriegumiem no 2...3 V līdz 200 V. Lai veidotu stabilu spriegumu zem šī diapazona, tiek izmantotas citas ierīces - stabilitroni, kas darbojas uz CVC taisnā posma.
Darbības strāvas diapazons
Strāvu diapazons, pie kura stabilizācijas ierīces veic savu funkciju, ir ierobežots augšpusē un apakšpusē. Apakšā tā ir ierobežota ar raksturlīknes apgrieztās puses lineārā segmenta sākumu. Pie zemākiem strāviem raksturlielums nenodrošina sprieguma pastāvību.
Augšējā vērtība ir ierobežota ar maksimālo jaudas izkliedi, ko spēj nodrošināt pusvadītāju ierīce, un ir atkarīga no tās konstrukcijas. Stabilitroni metāla korpusos ir paredzēti lielākām strāvām, bet neaizmirstiet par siltuma izvadītāju izmantošanu. Bez tiem augstākā pieļaujamā izkliedētā jauda būs ievērojami mazāka.
Diferenciālā pretestība
Vēl viens parametrs, kas nosaka regulatora veiktspēju, ir diferenciālā pretestība Rc. To definē kā sprieguma izmaiņu ΔU attiecību pret strāvas izmaiņu ΔI. Tā ir pretestības vērtība, ko mēra omos. Grafiski tas ir raksturlīknes slīpuma tangents. Acīmredzot, jo mazāka pretestība, jo labāka stabilizācijas kvalitāte. Ideālam (praksē neeksistējošam) stabilizatoram Rst ir vienāds ar nulli - jebkurš strāvas palielinājums neizraisīs sprieguma izmaiņas, un līknes daļa būs paralēla ordinātajai asij.
Stabilizatoru marķēšana
Vietējās un importētās stabilizācijas diodes ar metāla apvalku ir marķētas vienkārši un skaidri. Uz tiem ir norādīts ierīces nosaukums un anoda un katoda atrašanās vieta shematiska apzīmējuma veidā.
Ierīces plastmasas korpusos ir marķētas ar dažādu krāsu gredzeniem un punktiem katoda un anoda pusē. Lai noteiktu ierīces tipu, var izmantot zīmju krāsu un kombināciju, taču ir nepieciešams iepazīties ar uzziņu grāmatām vai izmantot kalkulatoru programmas. Abas ir atrodamas internetā.
Stabilizācijas spriegumi dažkārt tiek drukāti uz mazjaudas stabilizācijas diodēm.
Stabilizatora elektroinstalācijas shēmas
Regulatora pārslēgšanas pamatķēde ir virknē ar rezistorskas nosaka strāvu caur pusvadītāju ierīci un pārņem lieko spriegumu. Šie divi elementi veido kopīgs sadalītājs. Mainoties ieejas spriegumam, kritums pāri regulatoram paliek nemainīgs, un rezistors mainās.
Šādu shēmu var izmantot atsevišķi, un to sauc par parametrisko regulatoru. Tas uztur nemainīgu slodzes spriegumu, neraugoties uz ieejas sprieguma vai strāvas patēriņa svārstībām (noteiktās robežās). To izmanto arī kā palīgķēdi, ja nepieciešams standarta sprieguma avots.
To izmanto arī jutīgu iekārtu (sensoru u. c.) aizsardzībai pret neparastiem augstiem spriegumiem (līdzstrāvas vai nejaušiem impulsiem) barošanas vai mērīšanas līnijā. Viss, kas pārsniedz pusvadītāju ierīces stabilizācijas spriegumu, tiek "atslēgts". Šādu ķēdi sauc par "Zenera barjeru".
Agrāk Zenera barjeras īpašība "nogriezt" sprieguma virsotnes tika plaši izmantota impulsu formēšanas shēmās. Maiņstrāvas ķēdēs tika izmantotas divkanālu ierīces.
Taču, attīstoties tranzistoru tehnoloģijai un parādoties integrālām shēmām, šis princips tiek izmantots reti.
Ja jums nav pareizā sprieguma regulatora, to var izveidot no diviem spriegumiem. Kopējais stabilizācijas spriegums būs vienāds ar abu spriegumu summu.
Svarīgi! Stabilitronus nedrīkst savienot paralēli, lai palielinātu darba strāvu! Sprieguma un sprieguma raksturlielumu svārstības novedīs pie viena stabilitrona termiskās sabrukšanas, tad otrs sabojās pārmērīgas slodzes strāvas dēļ.
Lai gan padomju laika tehniskā dokumentācija ļauj paralēli paralēls savienojums Padomju laikos ir atļauts savienot nulles paralēli, bet ar nosacījumu, ka ierīcēm jābūt viena tipa un kopējā faktiskā izkliedētā jauda darbības laikā nedrīkst pārsniegt vienam stabilizatoram pieļaujamo. Citiem vārdiem sakot, ar šo nosacījumu nevar panākt darba strāvas palielinājumu.
Lai palielinātu pieļaujamo slodzes strāvu, tiek izmantota cita shēma. Parametriskais regulators tiek papildināts ar tranzistoru, lai izveidotu emitera atkārtotāju ar slodzi emitera ķēdē un stabilu. spriegums tranzistora bāzē.
Šādā gadījumā regulatora izejas spriegums būs mazāks par U stabilizāciju par sprieguma krituma vērtību pie emitera savienojuma - silīcija tranzistoram aptuveni 0,6 V. Lai kompensētu šo samazinājumu, diodi var savienot virknē ar stabilizatoru tiešajā virzienā.
Šādā veidā (iekļaujot vienu vai vairākas diodes) regulatora izejas spriegumu var regulēt uz augšu nelielās robežās. Ja nepieciešams radikāli palielināt Uv, labāk ir secīgi pievienot vēl vienu diodi.
Stabilizatora pielietojuma joma elektroniskajās shēmās ir plaša. Ar apzinātu pieeju izvēlei šī pusvadītāju ierīce palīdzēs atrisināt daudzus projektētājam izvirzītos uzdevumus.
Saistītie raksti:
