Polovodičové diódy majú mnoho "povolaní". Môže usmerňovať napätie, oddeľovať elektrické obvody, chrániť zariadenia pred nesprávnym napájaním. Existuje však aj nie celkom normálny druh "prevádzky" diódy, keď sa jej vlastnosť jednosmernej vodivosti využíva veľmi nepriamo. Polovodičové zariadenie, pre ktoré je normálnym režimom činnosti spätné skreslenie, sa nazýva stabilizátor.
Obsah
Čo je zenerova dióda, kde sa používa a aké druhy existujú
Stabilitrón alebo Zenerova dióda (pomenovaná podľa amerického vedca, ktorý ako prvý študoval a opísal vlastnosti tohto polovodičového zariadenia) je bežná dióda s p-n prechodom. Vyznačuje sa tým, že pracuje v oblasti záporného skreslenia, t. j. keď je napätie privedené v opačnej polarite. Takáto dióda sa používa ako autonómny regulátor, ktorý udržiava konštantné napätie spotrebiča bez ohľadu na zmeny záťažového prúdu a kolísanie vstupného napätia. Stabilizované diódové zostavy sa používajú aj ako zdroje referenčného napätia pre iné stabilizátory s pokročilými obvodmi. Menej často sa spätná dióda používa ako prvok na tvarovanie impulzov alebo ako tlmič prepätia.
Existujú bežné stabilizátory a dvojkvadrátové regulátory. Dvojkvadratúrny stabilitrón sú dve diódy usporiadané v opačných smeroch v tom istom puzdre. Možno ho nahradiť dvoma samostatnými zariadeniami vo vhodnom obvode.
Voltampérové charakteristiky stabilitrónu a jeho fungovanie
Aby sme pochopili, ako stabilizátor funguje, je potrebné preštudovať jeho typickú voltampérovú charakteristiku (VAC).
Ak je zenerova dióda napájaná v priamom smere ako normálna dióda, bude sa správať ako normálna dióda. Pri približne 0,6 V (pre kremíkové zariadenie) sa otvorí a vstúpi do lineárnej časti CVC. V súvislosti s témou článku je zaujímavejšie sledovať, ako sa stabilizačná dióda správa, keď je privedené napätie opačnej polarity (záporná strana charakteristiky). Najprv sa jeho odpor prudko zvýši a zariadenie prestane prenášať prúd. Keď však napätie dosiahne určitú hodnotu, dôjde k prudkému nárastu prúdu, ktorý sa nazýva prieraz. Má lavínový charakter a po odpojení napájania zmizne. Ak sa spätné napätie naďalej zvyšuje, p-n prechod sa začne zahrievať a prejde do režimu tepelného rozkladu. Tepelný prieraz je nezvratný a znamená, že dióda zlyhá, preto by ste diódu nemali uvádzať do tohto režimu.
Zaujímavá je lavínová prierazná časť polovodičového zariadenia. Jeho tvar je blízky lineárnemu a má vysokú strmosť. To znamená, že pri veľkej zmene prúdu (ΔI) je zmena úbytku napätia na stabilizátore relatívne malá (ΔU). A to je stabilizácia.
Takéto správanie pri spätnom napätí je charakteristické pre každú diódu. Zvláštnosťou stabilizačnej diódy je však to, že jej parametre na tomto úseku CVC sú normalizované. Jeho stabilizačné napätie a sklon sú dané (s určitým rozpätím) a sú dôležitými parametrami, ktoré určujú vhodnosť zariadenia na použitie v obvode. Tie nájdete v referenčných knihách. Ako stabilizačné diódy sa dajú použiť aj bežné diódy - ak si odfotíte ich výkonovú krivku a nájdete medzi nimi jednu s vhodnou charakteristikou. Ide však o zdĺhavý a časovo náročný proces, ktorého výsledok nie je zaručený.
Hlavné charakteristiky stabilizačnej diódy sú
Pri výbere Zenerovej diódy pre danú aplikáciu je potrebné dbať na niekoľko dôležitých parametrov. Tieto vlastnosti určujú vhodnosť vybraného zariadenia pre danú aplikáciu.
Menovité stabilizačné napätie
Prvým parametrom zenerovky, ktorý je potrebné zohľadniť pri výbere, je stabilizačné napätie, ktoré je definované počiatočným bodom lavínového prierazu. Toto je východiskový bod pre výber zariadenia, ktoré sa má použiť v obvode. Rôzne kópie bežných zeneroviek, dokonca aj rovnakého typu, majú odchýlku napätia v rozsahu niekoľkých percent, zatiaľ čo pri presných zenerovkách je rozdiel nižší. Ak menovité napätie nie je známe, možno ho určiť zostavením jednoduchého obvodu. Pripravte sa:
- Predradníkový odpor 1...3 kΩ;
- Nastaviteľný zdroj napätia;
- Voltmeter (možno použiť tester).
Napájacie napätie by sa malo zvýšiť z nuly a voltmetrom by sa mal skontrolovať nárast napätia na regulátore. V určitom okamihu sa zastaví napriek ďalšiemu zvyšovaniu vstupného napätia. Toto je skutočné stabilizačné napätie. Ak nie je k dispozícii regulovaný zdroj, možno použiť zdroj s konštantným výstupným napätím, o ktorom je známe, že je vyššie ako U-stabilizácia. Princíp zapojenia a merania zostáva rovnaký. Existuje však riziko poruchy polovodičového zariadenia v dôsledku nadmerného prevádzkového prúdu.
Stabilizátory sa používajú pre napätia od 2...3 V do 200 V. Na vytvorenie stabilného napätia pod týmto rozsahom sa používajú iné zariadenia - stabilitróny, ktoré pracujú na priamom úseku CVC.
Rozsah prevádzkového prúdu
Rozsah prúdov, pri ktorých stabilizačné zariadenia plnia svoju funkciu, je v hornej a dolnej časti obmedzený. V dolnej časti je obmedzená na začiatok lineárnej úsečky rubovej strany charakteristickej krivky. Pri nižších prúdoch táto charakteristika nezabezpečuje konštantnosť napätia.
Horná hodnota je obmedzená maximálnym rozptýleným výkonom, ktorého je polovodičové zariadenie schopné, a závisí od jeho konštrukcie. Stabilitrony v kovových krytoch sú určené na vyššie prúdy, ale nezabúdajte na použitie chladičov. Bez nich bude najvyšší prípustný rozptýlený výkon výrazne nižší.
Diferenciálny odpor
Ďalším parametrom, ktorý určuje výkon regulátora, je diferenciálny odpor Rc. Je definovaná ako pomer zmeny napätia ΔU k výslednej zmene prúdu ΔI. Ide o hodnotu odporu meranú v ohmoch. Graficky je to tangens sklonu charakteristiky. Je zrejmé, že čím nižší je odpor, tým lepšia je kvalita stabilizácie. V prípade ideálneho (v praxi neexistujúceho) stabilizátora je Rst nulové - akékoľvek zvýšenie prúdu nespôsobí žiadnu zmenu napätia a úsek krivky bude rovnobežný s ordinátnou osou.
Označovanie stabilizátorov
Domáce a dovážané stabilizačné diódy s kovovým puzdrom sú jednoducho a jasne označené. Sú označené názvom zariadenia a umiestnením anódy a katódy vo forme schematického označenia.
Zariadenia v plastových puzdrách sú označené krúžkami a bodkami rôznych farieb na katódovej a anódovej strane. Podľa farby a kombinácie znakov možno určiť typ spotrebiča, ale je potrebné nahliadnuť do referenčných kníh alebo použiť kalkulačku. Obidve nájdete na internete.
Stabilizačné napätia sa niekedy vytlačia na stabilizačných diódach s nízkou spotrebou energie.
Schémy zapojenia stabilizátora
Základný obvod na spínanie regulátora je v sérii s rezistorktorý nastavuje prúd cez polovodičové zariadenie a preberá prebytočné napätie. Tieto dva prvky tvoria spoločný rozdeľovač. Pri zmene vstupného napätia zostáva úbytok na regulátore konštantný a mení sa odpor.
Takýto obvod sa môže používať samostatne a nazýva sa parametrický regulátor. Udržuje konštantné záťažové napätie napriek kolísaniu vstupného napätia alebo odberu prúdu (v rámci určitých limitov). Používa sa aj ako pomocný obvod, ak je potrebný zdroj referenčného napätia.
Používa sa aj na ochranu citlivých zariadení (snímačov atď.) pred abnormálnym vysokým napätím (jednosmerné alebo náhodné impulzy) v napájacom alebo meracom vedení. Všetko, čo presahuje stabilizačné napätie polovodičového zariadenia, je "odpojené". Takýto obvod sa nazýva "Zenerova bariéra".
V minulosti sa v obvodoch na tvarovanie impulzov hojne využívala vlastnosť Zenerovej bariéry "odrezávať" vrcholy napätia. V obvodoch striedavého prúdu sa používali dvojkanálové zariadenia.
S rozvojom tranzistorovej technológie a nástupom integrovaných obvodov sa však tento princíp využíva len zriedkavo.
Ak nemáte po ruke regulátor správneho napätia, môže byť zložený z dvoch napätí. Celkové stabilizačné napätie sa bude rovnať súčtu týchto dvoch napätí.
Dôležité! Stabilitróny sa nesmú spájať paralelne, aby sa zvýšil prevádzkový prúd! Zmeny napäťovo-napäťových charakteristík vedú k tepelnému rozpadu jedného stabilitrónu, druhý potom zlyhá v dôsledku nadmerného záťažového prúdu.
Hoci technická dokumentácia zo sovietskych čias umožňuje paralelné paralelné pripojenie V sovietskych časoch je povolené paralelné zapojenie núl, ale s podmienkou, že zariadenia musia byť rovnakého typu a celkový skutočný rozptýlený výkon počas prevádzky nesmie prekročiť prípustnú hodnotu pre jeden stabilitrón. Inými slovami, pri tejto podmienke nie je možné dosiahnuť zvýšenie prevádzkového prúdu.
Na zvýšenie prípustného záťažového prúdu sa používa iný obvod. Parametrický regulátor je doplnený tranzistorom na vytvorenie emitorového opakovača so záťažou v emitorovom obvode a stabilným napätie na báze tranzistora.
V tomto prípade bude výstupné napätie regulátora nižšie ako U-stabilizácia o hodnotu úbytku napätia na emitorovom prechode - pre kremíkový tranzistor približne 0,6 V. Na kompenzáciu tohto zníženia možno v priamom smere zapojiť do série so stabilizátorom diódu.
Týmto spôsobom (zaradením jednej alebo viacerých diód) možno výstupné napätie regulátora v malých medziach regulovať smerom nahor. Ak je potrebné radikálne vyššie Uv, je lepšie zaradiť do série ďalšiu diódu.
Rozsah použitia stabilitrónu v elektronických obvodoch je široký. Pri uvedomelom prístupe k výberu pomôže toto polovodičové zariadenie vyriešiť mnohé úlohy stanovené pre konštruktéra.
Súvisiace články:
