Os díodos de estado sólido têm muitas "profissões". Pode rectificar a tensão, desacoplar circuitos eléctricos, proteger o equipamento de uma alimentação eléctrica inadequada. Mas existe um tipo de "operação" não tão normal de um diodo quando a sua propriedade de condução unidireccional é utilizada muito indirectamente. Um dispositivo semicondutor para o qual a polarização inversa é o modo normal de funcionamento é chamado estabilizador.
Conteúdos
O que é um díodo zener, onde é utilizado e que tipos existem
Um estabilitron, ou díodo Zener (com o nome do cientista americano que primeiro estudou e descreveu as propriedades deste dispositivo semicondutor), é um díodo regular com uma junção p-n. Caracteriza-se pelo seu funcionamento na região de polarização negativa, ou seja, quando uma tensão é aplicada em polaridade inversa. Tal díodo é utilizado como regulador autónomo, mantendo constante a tensão do consumidor independentemente das variações da corrente de carga e das flutuações da tensão de entrada. Os conjuntos de díodos estabilizados são também utilizados como fontes de tensão de referência para outros estabilizadores com circuitos avançados. Menos frequentemente, o díodo invertido é utilizado como elemento modelador de impulsos ou como supressor de picos.
Existem estabilizadores convencionais e reguladores de dupla quadratura. Um estabilitron de dupla quadratura é dois díodos dispostos em direcções opostas na mesma caixa. Pode ser substituído por dois dispositivos separados num circuito adequado.
Características do Volt-ampere de um Stabilitron e como funciona
A fim de compreender como funciona um Estabilizador, é necessário estudar a sua característica típica de volt-ampere (VAC).
Se um zener for energizado na direcção da frente como um diodo normal, comportar-se-á como um diodo normal. A cerca de 0,6 V (para um dispositivo de silício) abrirá e entrará na secção linear do CVC. Sobre o assunto do artigo é mais interessante ver como o díodo estabilizador se comporta quando a tensão de polaridade inversa é aplicada (o lado negativo da característica). No início, a sua resistência aumentará acentuadamente e o dispositivo deixará de transportar corrente. Mas quando a tensão atinge um certo valor, haverá um aumento acentuado da corrente, chamado quebra. É de natureza avalanche, e desaparece quando o poder é retirado. Se a tensão inversa continuar a aumentar, a junção p-n começará a aquecer e entrará em modo de ruptura térmica. A avaria térmica é irreversível e significa que o díodo falhará, pelo que não se deve colocar o díodo neste modo.
A secção de avaria da avalanche do dispositivo semicondutor é interessante. A sua forma é próxima do linear e tem uma grande inclinação. Isto significa que com uma grande mudança na corrente (ΔI), a mudança na queda de tensão através do estabilizador é relativamente pequena (ΔU). E isto é estabilização.
Este comportamento quando a tensão inversa é aplicada é característico de qualquer diodo. Mas a peculiaridade de um díodo estabilizador é que os seus parâmetros nesta secção do CVC são normalizados. A sua tensão e inclinação estabilizadoras são dadas (com uma certa dispersão) e são parâmetros importantes que determinam a aptidão do dispositivo para ser utilizado num circuito. Estes podem ser encontrados em livros de referência. Os díodos normais também podem ser utilizados como díodos estabilizadores - se tirar uma fotografia da sua curva de potência e encontrar um com uma característica adequada entre eles. Mas este é um processo longo e demorado com um resultado não garantido.
As principais características de um díodo estabilizador são
A fim de seleccionar um díodo Zener para a aplicação em questão, há vários parâmetros importantes a ter em conta. Estas características determinarão a aptidão do dispositivo seleccionado para a aplicação.
Classificação de tensão de estabilização
O primeiro parâmetro zener a considerar ao escolher é a tensão de estabilização, que é definida pelo ponto de início de ruptura da avalanche. Este é o ponto de partida para a selecção de um dispositivo a ser utilizado num circuito. Cópias diferentes do zener comum, mesmo do mesmo tipo, têm variações de tensão na região de alguns por cento, enquanto a diferença é menor para os tipos de zener de precisão. Se a voltagem nominal não for conhecida, pode ser determinada através da montagem de um circuito simples. Preparar:
- Uma resistência de lastro de 1...3 kΩ;
- Fonte de tensão ajustável;
- Um voltímetro (pode ser utilizado um testador).
A tensão de alimentação deve ser elevada de zero e o voltímetro deve ser utilizado para verificar o aumento da tensão através do regulador. A certa altura irá parar, apesar de novos aumentos na tensão de entrada. Esta é a verdadeira tensão de estabilização. Se uma fonte regulada não estiver disponível, pode ser utilizada uma fonte de alimentação com uma tensão de saída constante conhecida como sendo mais alta do que a estabilização em U. O circuito e o princípio de medição continuam a ser os mesmos. Mas existe um risco de falha do dispositivo semicondutor devido a uma corrente de funcionamento excessiva.
Os estabilizadores são utilizados para tensões de 2...3V até 200V. Para formar uma tensão estável abaixo desta gama, são utilizados outros dispositivos - estabilitrons, trabalhando na secção recta do CVC.
Gama de correntes de funcionamento
A gama de correntes em que os reguladores desempenham a sua função é limitada na parte superior e inferior. No fundo, limita-se ao início do segmento linear do lado inverso da curva característica. Em correntes mais baixas, a característica não fornece constância de tensão.
O valor superior é limitado pela dissipação máxima de potência que o dispositivo semicondutor é capaz de ter e depende da sua concepção. Os estabilitrons em caixas metálicas são concebidos para correntes mais altas, mas não se esqueça do uso de dissipadores de calor. Sem estes, a maior dissipação de energia permitida será significativamente menor.
Resistência diferencial
Outro parâmetro que determina o desempenho de um regulador é a resistência diferencial, Rc. É definida como a relação entre a mudança de voltagem ΔU e a mudança resultante na corrente ΔI. Este é um valor de resistência, medido em ohms. Em termos gráficos, é a tangente da inclinação da característica. Obviamente, quanto menor for a resistência, melhor será a qualidade da estabilização. Para um estabilizador ideal (inexistente na prática), Rst é zero - qualquer aumento da corrente não causará qualquer alteração na tensão e a secção da curva será paralela ao eixo das ordenadas.
Rotulagem de Estabilizantes
Os díodos estabilizadores domésticos e importados encapsulados em metal são marcados de forma simples e clara. São marcados com o nome do dispositivo e a localização do ânodo e do cátodo sob a forma de uma designação esquemática.
Os dispositivos em caixas de plástico são marcados com anéis e pontos de diferentes cores nos lados do cátodo e do ânodo. A cor e combinação de sinais pode ser utilizada para determinar o tipo de aparelho, mas é necessário consultar livros de referência ou utilizar programas de calculadora. Ambos podem ser encontrados na Internet.
As tensões estabilizadoras são por vezes impressas em díodos estabilizadores de baixa potência.
Diagramas de cablagem do estabilizador
O circuito básico para a comutação de um regulador está em série com um uma resistênciaque fixa a corrente através do dispositivo semicondutor e absorve o excesso de tensão. Os dois elementos compõem divisor comum. Quando a tensão de entrada muda, a queda através do regulador permanece constante e a resistência muda.
Tal circuito pode ser utilizado por si só e é chamado de regulador paramétrico. Mantém a tensão de carga constante apesar das flutuações na tensão de entrada ou no consumo de corrente (dentro de certos limites). É também utilizado como um circuito auxiliar onde é necessária uma fonte de tensão de referência.
Também é utilizado para proteger equipamento sensível (sensores, etc.) contra a ocorrência anormal de altas tensões (DC ou impulsos aleatórios) na linha de alimentação ou de medição. Qualquer coisa acima da tensão de estabilização do dispositivo semicondutor é "cortada". Tal circuito é chamado de "barreira Zener".
No passado, a propriedade de uma barreira Zener para "cortar" os topos de tensão era amplamente utilizada em circuitos de moldagem de impulsos. Nos circuitos AC, foram utilizados dispositivos de dois canais.
Mas com o desenvolvimento da tecnologia dos transístores e o advento dos circuitos integrados, este princípio raramente tem sido utilizado.
Se não tiver um regulador da voltagem correcta à mão, este pode ser constituído por duas voltagens. A tensão total de estabilização será igual à soma das duas tensões.
Importante! Os estabilitrons não devem ser ligados em paralelo para aumentar a corrente de funcionamento! A variação das características de tensão-voltagem levará à ruptura térmica de um estabilitron, depois o segundo falhará devido a corrente de carga excessiva.
Embora a documentação técnica da época soviética permita paralelo ligação paralela de Na época soviética é permitido ligar zeros em paralelo, mas com a condição de que os dispositivos devem ser do mesmo tipo e que a dissipação total da potência real durante o funcionamento não deve exceder o permissível para um único estabilitron. Por outras palavras, um aumento da corrente de funcionamento não pode ser alcançado com esta condição.
Um circuito diferente é utilizado para aumentar a corrente de carga admissível. O regulador paramétrico é complementado por um transistor para criar um repetidor emissor com uma carga no circuito emissor e um estábulo tensão na base do transístor.
Neste caso, a tensão de saída do regulador será inferior à estabilização em U pelo valor da queda de tensão na junção emissora - para um transistor de silício cerca de 0,6 V. Para compensar esta redução, um díodo pode ser ligado em série com o estabilizador na direcção da frente.
Desta forma (incluindo um ou mais díodos) a tensão de saída do regulador pode ser ajustada para cima dentro de pequenos limites. Se for necessário um Uv radicalmente superior, é melhor incluir outro diodo em série.
O âmbito de aplicação do estabilitrónico em circuitos electrónicos é vasto. Com uma abordagem consciente da escolha, este dispositivo semicondutor ajudará a resolver muitas tarefas definidas para o projectista.
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