Polprevodniška dioda ima veliko "poklicev". Lahko popravi napetost, loči električne tokokroge, zaščiti opremo pred nepravilnim napajanjem. Toda obstaja ne tako običajna vrsta "delovanja" diode, ko se njena lastnost enosmerne prevodnosti uporablja zelo posredno. Polprevodniška naprava, za katero je običajni način delovanja obratna prednapetost, se imenuje stabilizacijska dioda.
Vsebina
Kaj je zener dioda, kje se uporablja in kakšne vrste obstajajo
Stabiltron ali Zener dioda (imenovana po ameriškem znanstveniku, ki je prvi preučeval in opisal lastnosti te polprevodniške naprave) je običajna dioda s p-n spojem. Njegova posebnost je delovanje na negativnem prednapetostnem delu karakteristike, to je, ko je napetost uporabljena v obratni polarnosti. Takšna dioda se uporablja kot neodvisen stabilizator, ki vzdržuje konstantno napetost porabnika ne glede na spremembe toka bremena in nihanja vhodne napetosti.Tudi vozlišča na stabiltronih se uporabljajo kot viri referenčne napetosti za druge stabilizatorje z naprednim vezjem. Manj pogosto se reverzna dioda uporablja kot element za oblikovanje impulza ali dušilec prenapetosti.
Obstajajo običajni stabiltroni in dvokanonske diode. Dvoogljični stabiltron sta dve diodi v nasprotnih smereh v istem ohišju. Lahko ga nadomestite z dvema ločenima napravama, če ju povežete v ustrezno vezje.
Volt-amperske značilnosti stabiliztrona in kako deluje
Da bi razumeli, kako deluje stabilizator, morate preučiti njegovo značilno volt-ampersko karakteristiko (VAC).
Če nastavite napetost na zener v smeri naprej, kot običajna dioda, se bo obnašal kot običajna dioda. Pri napetosti približno 0,6 V (za silikonsko napravo) se odpre in gre v linearni odsek CVC. Na temo članka je bolj zanimivo videti, kako se stabilizacijska dioda obnaša, ko se uporabi napetost nasprotne polarnosti (negativna stran karakteristike). Sprva se bo njegov upor močno povečal in naprava bo prenehala prenašati tok. Toda ko napetost doseže določeno vrednost, bo prišlo do močnega povečanja toka, imenovanega razčlenitev. Je podoben plazu in izgine, ko se elektrika prekine. Če vzvratna napetost še naprej narašča, se bo p-n spoj začel segrevati in prešel v način termične razgradnje. Toplotna razgradnja je nepovratna in pomeni, da bo dioda odpovedala, zato je ne smete postaviti v ta način.
Zanimiv je odsek delovanja polprevodniške naprave v režimu lavinske okvare. Njegova oblika je blizu linearni in ima veliko strmino. To pomeni, da je pri veliki spremembi toka (ΔI) sprememba padca napetosti na stabilizatorju relativno majhna (ΔU). In to je stabilizacija.
To vedenje pri uporabi obratne napetosti je značilno za katero koli diodo. Toda posebnost stabilizacijske diode je, da so njeni parametri na tem odseku CVC normalizirani. Njegova stabilizacijska napetost in strmina karakteristike sta podana (z določenim razmikom) in sta pomembna parametra, ki določata primernost naprave za uporabo v vezju. Te je mogoče najti v referenčnih knjigah. Navadne diode lahko uporabimo tudi kot stabilizacijske diode - če poslikaš njihov SVC in najdeš med njimi takšno z ustrezno karakteristiko. Toda to je dolgotrajen proces z nezajamčenim rezultatom.
Glavne značilnosti stabilizacijske diode so
Če želite izbrati Zenerjevo diodo za svojo aplikacijo, morate poznati nekaj pomembnih parametrov. Te značilnosti bodo določile primernost izbrane naprave za opravljeno nalogo.
Nazivna stabilizacijska napetost
Prvi zener parameter, ki ga je treba upoštevati pri izbiri, je stabilizacijska napetost, ki je določena z začetno točko plazovitega razpada. Je izhodišče za izbiro naprave za uporabo v vezju. Različne kopije navadnih cenerjev, tudi istega tipa, imajo variacijo napetosti v območju nekaj odstotkov, medtem ko je razlika nižja pri preciznih. Če nazivna napetost ni znana, jo je mogoče določiti s sestavljanjem preprostega vezja. Potrebno je pripraviti:
- Balastni upor 1...3 kOhm;
- nastavljiv vir napetosti;
- Voltmeter (lahko uporabite tester).
Napajalno napetost je treba dvigniti od nič, pri čemer z voltmetrom nadzorujete povečanje napetosti na stabilizatorju. Na neki točki se bo ustavil, kljub nadaljnjemu povečanju vhodne napetosti. To je dejanska stabilizacijska napetost. Če ni reguliranega vira, lahko uporabite napajalnik s konstantno izhodno napetostjo, za katero je znano, da je višja od U stabilizacije. Vezje in princip merjenja ostajata enaka.Vendar obstaja nevarnost okvare polprevodniške naprave zaradi prevelikega delovnega toka.
Stabiltroni se uporabljajo za napetosti od 2...3 V do 200 V. Za oblikovanje stabilne napetosti pod tem območjem se uporabljajo druge naprave - stabiltroni, ki delujejo na ravnem odseku CVC.
Razpon delovnega toka
Razpon tokov, pri katerih stabilizacijske diode opravljajo svojo funkcijo, je omejen zgoraj in spodaj. Na dnu je omejena na začetek linearnega segmenta inverzne veje karakteristične krivulje. Pri nižjih tokovih karakteristika ne zagotavlja konstantnosti napetosti.
Zgornja vrednost je omejena z največjo disipacijo moči, ki jo zmore polprevodniška naprava, in je odvisna od njene zasnove. Stabiltroni v kovinskem ohišju so zasnovani za večji tok, vendar ne smete pozabiti na uporabo toplotnih odvodov. Brez njih bo najvišja dovoljena disipacija moči bistveno manjša.
Diferencialna impedanca
Drugi parameter, ki določa delovanje regulatorja, je diferencialni upor Rc. Definiran je kot razmerje med spremembo napetosti ΔU in posledično spremembo toka ΔI. Ta vrednost ima dimenzijo upora in se meri v ohmih. Grafično je to tangenta naklona delovnega odseka karakteristike. Očitno je, da manjši kot je upor, boljša je kakovost stabilizacije. Za idealen (v praksi ne obstaja) stabilizator je Rst enak nič - vsako povečanje toka ne bo povzročilo nobene spremembe napetosti, odsek krivulje pa bo vzporeden z osjo ordinat.
Oznaka stabilizatorja
Domače in uvožene stabilizacijske diode s kovinsko kapsulo so označene preprosto in jasno. Označeni so z imenom naprave ter lokacijo anode in katode v obliki shematske oznake.
Naprave v plastični embalaži so označene z obroči in pikami različnih barv na katodni in anodni strani. Po barvi in kombinaciji znakov lahko določite vrsto naprave, vendar morate pogledati v referenčnih knjigah ali uporabiti kalkulatorske programe. Oboje je mogoče najti na internetu.
Stabilizacijske napetosti so včasih natisnjene na stabilizacijskih diodah z majhno močjo.
Preklopni diagrami za stabilizacijske diode
Osnovno vezje za stabilizator je v seriji z a uporki nastavi tok skozi polprevodniško napravo in prevzame presežno napetost. Dva elementa sestavljata skupni delilnik. Ko se vhodna napetost spremeni, padec na stabilizatorju ostane konstanten in upor se spremeni.
Takšno vezje se lahko uporablja samostojno in se imenuje parametrični regulator. Napetost bremena ohranja konstantno kljub nihanjem vhodne napetosti ali tokovne porabe (v določenih mejah). Takšna enota se uporablja tudi kot pomožno vezje, kjer je potreben vir referenčne napetosti.
Uporablja se tudi za zaščito občutljive opreme (senzorjev itd.) pred nenormalno visokimi napetostmi (DC ali naključni impulzi) v napajalni ali merilni liniji. Vse, kar je nad stabilizacijsko napetostjo polprevodniške naprave, je "odrezano". Takšno vezje se imenuje "zenerjeva pregrada".
V preteklosti se je lastnost stabilizatorja, da "odseka" napetostne vrhove, pogosto uporabljala v vezjih za oblikovanje impulzov. V tokokrogih AC so bile uporabljene dvokanalne naprave.
Toda z razvojem tranzistorske tehnologije in pojavom integriranih vezij je bil ta princip redko uporabljen.
Če nimate regulatorja za želeno napetost, lahko naredite enega od dveh. Skupna stabilizacijska napetost bo enaka vsoti obeh napetosti.
Pomembno! Stabilonov ne smete povezati vzporedno, da povečate delovni tok! Razlika v volt-amperskih karakteristikah bo privedla do izhoda v območju toplotnega razpada enega stabiltrona, nato pa bo drugi odpovedal zaradi presežka obremenitvenega toka.
Čeprav tehnična dokumentacija iz sovjetskih časov dovoljuje vzporedno vzporedna povezava zener vzporedno, vendar s pridržkom, da morata biti napravi istega tipa in skupna dejanska disipacija moči med delovanjem ne sme presegati dovoljene za posamezen stabiltron. To pomeni, da povečanja delovnega toka pod takšnimi pogoji ni mogoče doseči.
Za povečanje dovoljenega toka obremenitve se uporablja druga shema. Parametrični stabilizator dopolnimo s tranzistorjem in dobimo emiterski repetitor z obremenitvijo v emiterskem vezju in stabilnim napetost na bazi tranzistorja.
V tem primeru bo izhodna napetost stabilizatorja manjša od U-stabilizacije za vrednost padca napetosti na emiterskem spoju - za silicijev tranzistor približno 0,6 V. Da bi nadomestili to zmanjšanje, lahko diodo povežemo zaporedno s stabilizatorjem v smer naprej.
Na ta način (z vključitvijo ene ali več diod) lahko v majhnih mejah prilagodite izhodno napetost regulatorja navzgor. Če je treba drastično povečati Uv, je bolje vključiti še eno diodo v seriji.
Obseg uporabe stabiltrona v elektronskih vezjih je širok. Z zavestnim pristopom k izbiri bo ta polprevodniška naprava pomagala rešiti številne naloge, zastavljene razvijalcu.
Povezani članki:
