Faststadsdioder har många "yrken". Den kan likrikta spänning, koppla bort elektriska kretsar och skydda utrustning från felaktig strömförsörjning. Men det finns en inte så normal typ av "funktion" för en diod när dess envägsledningsförmåga används mycket indirekt. En halvledaranordning för vilken omvänd förspänning är det normala driftssättet kallas stabilisator.
Innehåll
Vad är en zenerdiod, var den används och vilka typer som finns
En stabilitron eller Zener-diod (uppkallad efter den amerikanska forskare som först studerade och beskrev egenskaperna hos denna halvledarenhet) är en vanlig diod med en p-n-övergång. Den kännetecknas av att den fungerar i det negativa biasområdet, dvs. när en spänning läggs på i omvänd riktning. En sådan diod används som en fristående regulator som håller konsumentspänningen konstant oavsett variationer i belastningsströmmen och ingångsspänningen. Stabiliserade diodaggregat används också som referensspänningskällor för andra stabilisatorer med avancerade kretsar. Mindre ofta används den omvända dioden som en pulsformare eller som en överspänningsdämpare.
Det finns konventionella stabilisatorer och dubbelkvadraturregulatorer. En stabilitron med dubbel kvadratur är två dioder som är placerade i motsatt riktning i samma hölje. Den kan ersättas av två separata enheter i en lämplig krets.
Volt-ampere-egenskaper hos en stabilitron och hur den fungerar
För att förstå hur en stabilisator fungerar är det nödvändigt att studera dess typiska volt-ampere-karaktäristik (VAC).
Om en zener är aktiverad i framåtriktningen som en vanlig diod, kommer den att bete sig som en vanlig diod. Vid cirka 0,6 V (för en kiselanordning) öppnas den och går in i CVC:s linjära sektion. När det gäller artikeln är det mer intressant att se hur den stabiliserande dioden beter sig när spänningen med omvänd polaritet läggs på (den negativa sidan av karakteristiken). Först ökar motståndet kraftigt och enheten slutar att leda ström. Men när spänningen når ett visst värde kommer strömmen att öka kraftigt, vilket kallas för nedbrytning. Den är av lavinartad karaktär och försvinner när strömmen tas bort. Om den omvända spänningen fortsätter att öka kommer p-n-övergången att börja värmas upp och gå in i termiskt nedbrytningsläge. Termisk nedbrytning är oåterkallelig och innebär att dioden kommer att gå sönder, så du bör inte sätta dioden i detta läge.
Halvledaren har en intressant avalanchefördelningssektion. Dess form är nära linjär och den har en hög branthet. Detta innebär att vid en stor förändring av strömmen (ΔI) är förändringen av spänningsfallet över stabilisatorn relativt liten (ΔU). Och detta är stabilisering.
Detta beteende vid omvänd spänning är karakteristiskt för alla dioder. Men det speciella med en stabiliseringsdiod är att dess parametrar vid detta avsnitt av CVC:n är normaliserade. Stabiliseringsspänningen och lutningen är givna (med en viss spridning) och är viktiga parametrar som avgör om enheten är lämplig för användning i en krets. Dessa finns i referensböcker. Normala dioder kan också användas som stabiliseringsdioder - om du tar en bild av deras wattkurva och hittar en med lämplig karakteristik bland dem. Men det är en lång och tidskrävande process som inte ger något garanterat resultat.
De viktigaste egenskaperna hos en stabiliseringsdiod är följande
För att välja en zenerdiod för den aktuella applikationen finns det flera viktiga parametrar att tänka på. Dessa egenskaper avgör om den valda anordningen lämpar sig för tillämpningen.
Stabiliseringsspänning
Den första zenerparametern att beakta vid valet är stabiliseringsspänningen, som definieras av startpunkten för lavinbrytningen. Detta är utgångspunkten för valet av en enhet som ska användas i en krets. Olika kopior av en vanlig zener, även av samma typ, har en spänningsvariation i storleksordningen några procent, medan skillnaden är mindre för precisionszenerna. Om den nominella spänningen inte är känd kan den bestämmas genom att bygga upp en enkel krets. Förbered dig:
- Ett förkopplingsmotstånd på 1...3 kΩ;
- Justerbar spänningskälla;
- En voltmeter (en testare kan användas).
Strömförsörjningsspänningen bör höjas från noll och voltmetern bör användas för att kontrollera spänningsökningen över regulatorn. Vid en viss punkt stannar den trots ytterligare ökningar av ingångsspänningen. Detta är den faktiska stabiliseringsspänningen. Om en reglerad källa inte finns tillgänglig kan ett nätaggregat med en konstant utgångsspänning som är högre än U-stabiliseringen användas. Kretsen och mätprincipen förblir densamma. Men det finns en risk för att halvledarenheten går sönder på grund av för hög driftström.
Stabilisatorer används för spänningar från 2...3V upp till 200V. För att skapa en stabil spänning under detta område används andra anordningar - stabilitroner, som arbetar på den raka delen av CVC.
Driftströmsområde
Det strömområde där regulatorerna utför sin funktion är begränsat upptill och nedtill. I botten är den begränsad till början av det linjära segmentet på baksidan av den karakteristiska kurvan. Vid lägre strömmar ger egenskapen ingen spänningskonstans.
Det övre värdet begränsas av den maximala effektförlust som halvledaren klarar av och beror på dess konstruktion. Stabilitroner i metallhöljen är utformade för högre strömmar, men glöm inte bort användningen av kylflänsar. Utan dessa är den högsta tillåtna effektförlusten betydligt lägre.
Differentialmotstånd
En annan parameter som bestämmer en regulatorns prestanda är differentialmotståndet Rc. Den definieras som förhållandet mellan förändringen i spänningen ΔU och den resulterande förändringen i strömmen ΔI. Detta är ett motståndsvärde, mätt i ohm. Grafiskt sett är det tangenten till lutningen på karakteristiken. Ju lägre motstånd desto bättre stabiliseringskvalitet. För en idealisk stabilisator (som inte finns i praktiken) är Rst noll - en ökning av strömmen kommer inte att leda till någon förändring av spänningen och kurvans sektion kommer att vara parallell med ordinataxeln.
Märkning av stabilisatorer
Inhemska och importerade metallkapslade stabiliseringsdioder är enkelt och tydligt märkta. De är märkta med anordningens namn och anodens och katodens placering i form av en schematisk beteckning.
Enheter i plasthöljen är märkta med ringar och prickar i olika färger på katod- och anodsidan. Färgen och kombinationen av tecken kan användas för att avgöra vilken typ av apparat det rör sig om, men det är nödvändigt att konsultera referensböcker eller använda beräkningsprogram. Båda kan hittas på internet.
Stabiliseringsspänningar trycks ibland på stabiliseringsdioder med låg effekt.
Ledningsscheman för stabilisatorer
Den grundläggande kretsen för att koppla en regulator är i serie med en ett motståndsom reglerar strömmen genom halvledaren och tar upp den överskjutande spänningen. De två elementen utgör gemensam delare. När ingångsspänningen ändras, förblir droppet över regulatorn konstant och motståndet ändras.
En sådan krets kan användas ensam och kallas en parametrisk regulator. Den håller lastspänningen konstant trots fluktuationer i ingångsspänningen eller strömförbrukningen (inom vissa gränser). Den används också som en hjälpkrets när en referensspänningskälla behövs.
Den används också för att skydda känslig utrustning (sensorer etc.) mot onormal förekomst av högspänning (DC eller slumpmässiga pulser) i matnings- eller mätledningen. Allt som överstiger stabiliseringsspänningen för halvledarenheten "stängs av". En sådan krets kallas "Zenerbarriär".
Tidigare användes Zenerbarriärens egenskap att "stänga av" spänningstoppar i stor utsträckning i pulsformande kretsar. I växelströmskretsar användes tvåkanaliga enheter.
Men i och med transistorteknikens utveckling och de integrerade kretsarna har denna princip sällan använts.
Om du inte har en regulator med rätt spänning till hands kan den bestå av två spänningar. Den totala stabiliseringsspänningen är lika med summan av de två spänningarna.
Viktigt! Stabilitroner får inte kopplas parallellt för att öka driftströmmen! Variationen i spännings-spänningsegenskaperna kommer att leda till termisk nedbrytning av en stabilitron, varefter den andra stabilitronen kommer att sluta fungera på grund av överdriven belastningsström.
Även om den tekniska dokumentationen från sovjettiden tillåter parallell parallellkoppling av Under sovjettiden är det tillåtet att koppla nollor parallellt, men med förbehållet att enheterna måste vara av samma typ och att den totala faktiska effektförlusten under drift inte får överstiga den tillåtna för en enda stabilitron. Med andra ord kan en ökning av driftströmmen inte uppnås med detta tillstånd.
En annan krets används för att öka den tillåtna belastningsströmmen. Den parametriska regulatorn kompletteras med en transistor för att skapa en emitterrepeater med en belastning i emitterkretsen och en stabil spänning vid transistorbasen.
I detta fall kommer regulatorns utgångsspänning att vara lägre än U-stabiliseringen med värdet av spänningsfallet vid emitterförbindelsen - för en kiseltransistor cirka 0,6 V. För att kompensera för denna minskning kan en diod kopplas i serie med stabilisatorn i framåtriktningen.
På detta sätt (genom att inkludera en eller flera dioder) kan regulatorns utgångsspänning justeras uppåt inom små gränser. Om en radikal ökning av Uv behövs är det bättre att sätta en annan diod i serie.
Stabilitronens användningsområde i elektroniska kretsar är stort. Med ett medvetet val kan denna halvledarenhet hjälpa till att lösa många av de uppgifter som konstruktören har.
Relaterade artiklar:
