При выпрямлении более высоких напряжений приходится соединять стабилитроны последовательно с тем, чтобы обратное напряжение на каждом стабилитроне не превышало предельного. Но вследствие разброса обратных сопротивлений у различных экземпляров стабилитронов одного и того же типа на отдельных диодах обратное напряжение может оказаться выше предельного, что повлечет пробой диодов.
Для того чтобы обратное напряжение распределялось равномерно между стабилитронами независимо от их обратных сопротивлений, применяют шунтирование стабилитронов резисторами (рисунок 3). Сопротивления R ш резисторов должны быть одинаковы и значительно меньше наименьшего из обратных сопротивлений стабилитронов. Однако R ш не должно быть слишком малым, чтобы чрезмерно не возрос ток при обратном напряжении, т. е. чтобы не ухудшилось выпрямление.
Параллельное соединение стабилитронов применяют в том случае, когда нужно получить прямой ток, больший предельного тока одного стабилитрона. Но если стабилитроны одного типа просто соединить параллельно, то вследствие неодинаковости вольт-амперных характеристик они окажутся различно нагруженными и в некоторых ток будет больше предельного. Различие в прямом токе у однотипных стабилитронов может составлять десятки процентов.(дорисовать палочку в диоде чтобы получился стабилитрон)
Однополупериодный выпрямитель
Когда на диод со вторичной обмотки трансформатора поступает напряжение положительной полярности ("+" приложен к аноду диода), диод открывается, и через нагрузку протекает ток, определяемый напряжением на обмотке и сопротивлением нагрузки. Падение напряжения на кремниевом диоде (около 1 В) обычно мало по сравнению с питающим. Напряжение на выходе выпрямителя имеет вид однополярных импульсов, форма которых практически повторяет форму положительной полуволны переменного напряжения.
Среднее значение выпрямленного напряжения равно:
Среднее значение выпрямленного тока: 
Действующее значение тока нагрузки: 
Коэффициент пульсаций р (отношение амплитуды первой гармоники к выпрямленному напряжению): 
Недостатки однополупериодного выпрямителя:
Большой коэффициент пульсаций;
Малые значения выпрямленного тока и напряжения;
Низкий КПД, т.к. ток нагрузки имеет постоянную составляющую, которая вызывает подмагничивание сердечника трансформатора и уменьшение его магнитной проницаемости.
Рабочий режим ПД
Режим диода с нагрузкой называется рабочим режимом. Если бы диод обладал линейным сопротивлением, то расчет тока в подобной схеме не представлял бы затруднений, так как общее сопротивление цепи равно сумме сопротивления диода постоянному току R o и сопротивления нагрузочного резистора R н. Но диод обладает нелинейным сопротивлением, и значение R o у него изменяется при изменении тока. Поэтому расчет тока делают графически. Задача состоит в следующем: известны значения Е, R н и характеристика диода, требуется определить ток в цепи и напряжение на диоде.
Характеристику диода следует рассматривать как график некоторого уравнения, связывающего величины i и и. А для сопротивления R H подобным
уравнением является закон Ома: i = u R /R H = (Е - u )/R н. Итак, имеются два уравнения с двумя неизвестными i и и, причем одно из уравнений дано графически. Для решения такой системы уравнений надо построить график второго уравнения и найти координаты точки пересечения двух графиков.
ВАХПД.
Вольт-амперная характеристика (ВАХ) – это зависимость тока, протекающего через электронный прибор, от приложенного напряжения. Вольт-амперной характеристикой называют также и график этой зависимости.
Приборы, принцип действия которых подчиняется закону Ома, а ВАХ имеет вид прямой линии, проходящей через начало координат, называют линейными . Приборы, для которых ВАХ не является прямой линий, проходящей через начало координат называются нелинейными . Диод представляет собой пассивный нелинейный электронный прибор.
Вольт-амперная характеристика диода описывается выражением I
=I
0 , где I
0 – тепловой ток (обратный ток, образованный за счет неосновных носителей; U
Д – напряжение на p-n-
переходе; j T – тепловой потенциал, равный контактной разности потенциалов на границе на p-n-
перехода при отсутствии внешнего напряжения (при T
=300 K, j T =0.025 В).
При отрицательных значениях напряжения менее 0,1 В в выражении (1) пренебрегают единицей, и обратный ток диода определяется значением теплового тока. По мере возрастания положительного напряжения на p-n -переходе прямой ток резко возрастает по экспоненте. Поэтому ВАХ, имеет вид, приведенный на рисунке 3
Рассмотренная характеристика является теоретической ВАХ диода. Она не учитывает рекомбинационно-генерационных процессов, происходящий в объеме и на поверхности p-n -перехода, считая его бесконечно тонким и длинным. ВАХ реального диода, имеет вид, приведенный на рисунке 3 (сплошная линия).
Характеристика для прямого тока вначале имеет значительную нелинейность, т. к. при увеличении напряжения сопротивление запирающего слоя уменьшается. Поэтому кривая идет вверх со все большой крутизной. Но при некотором значении напряжения запирающий слой практически исчезает и остается только сопротивление n- и p- областей, которое приближенно можно считать постоянным. Поэтому далее характеристика становиться почти линейной.Обратный ток при увеличении обратного напряжения сначала быстро возрастает. Это вызвано тем, что уже при небольшом обратном напряжении за счет повышения потенциального барьера в переходе резко снижается диффузионный ток, который направлен навстречу току проводимости. Следовательно, полный ток резко увеличивается. Однако при дальнейшем повышении обратного напряжения ток растет незначительно.
Переход метал-ПП.
В современных полупроводниковых приборах помимо контактов с электронно-дырочным переходом применяются также контакты между металлом и полупроводником. Процессы в таких переходах зависят от так называемой заботы выхода электронов, т. е. от той энергии, которую должен затратить электрон, чтобы выйти из металла или полупроводника. Чем меньше работа выхода, тем больше электронов может выйти из данного тела.
Если в контакте металла с полупроводником п-типа (рис. 2.5, а) работа выхода электронов из металла А м
меньше, чем работа выхода из полупроводника А т
то будет преобладать выход электронов из металла в полупроводник. Поэтому в слое полупроводника около границы накапливаются основные носители (электроны), и этот слой становится обогащенным, т. е. в нем увеличивается концентрация электронов. Сопротивление этого слоя будет малым при любой полярности приложенного напряжения, и, следовательно, такой переход
не обладает выпрямляющими свойствами. Его называют невыпрямляющим (омическим) контактом. Подобный же невыпрямляющий переход получается в контакте металла с полупроводником р-типа (рис. 2.5,6), если работа выхода электронов из полупроводника меньше, чем из металла (А п < А м). В этом случае из полупроводника в металл уходит больше электронов, чем в обратном направлении, и в приграничном слое полупроводника также образуется область, обогащенная основными носителями (дырками), имеющая малое сопротивление. Рис. 2.5, в. Если в контакте металла с полупроводником п-типа А п < А м, то электроны будут переходить главным образом из полупроводника в металл и в приграничном слое полупроводника образуется область, обедненная основными носителями и поэтому имеющая большое сопротивление. Здесь создается сравнительно высокий потенциальный барьер. Такой переход обладает выпрямляющими свойствами. Подобные переходы в свое время исследовал немецкий ученый В. Шотки, и поэтому потенциальный барьер, возникающий в данном случае, называют барьером Шотки, а диоды с этим барьером - диодами Шоттки
19. Последовательное и параллельное соединение силовых диодов, расчет выравнивающих элементов.
В настоящее время созданы силовые диоды на токи свыше 1000 А и напряжения свыше 1000 В.
При последовательном и параллельном соединениях диодов из-за несовпадения их ВАХ возникают неравномерные распределения напряжений или токов между отдельными диодами. На рис. 1.3 представлены схемы: последовательного (рис. 1.3, а) и параллельного (рис; 1.3, 6) соединения двух диодов. Там же представлены прямые (рис. 1.3, г) и обратные (рис. 1.3, в) ветви ВАХ соединяемых диодов. Согласно приведенным ВАХ при последовательном соединении диодов, приложенное к ним обратное напряжение U R при одинаковых обратных токах I R распределяется между диодами неравномерно: к диоду VD1 прикладывается напряжение U R 1 , а к диоду VD 2 - напряжение U R 2 (рис. 1-3,в). При параллельном соединении диодов протекающий через них общий ток I F при одинаковых прямых падениях напряжения U F распределяется также неравномерно: через диод VD 1 протекает ток I F 1 , а чёрtp диод VD2 ток I F 2 (рис. 1.3,г). Для исключения выхода из строя диодов из-за перегрузки по току или перенапряжений принимают специальные меры по выравниванию указанных параметров между отдельными диодами. При последовательном соединении диодов для выравнивания напряжений обычно используются резисторы, включенные параллельно диодам, а при параллельном соединении - индуктивные делители различных типов.
Рис. 1.3. Последовательное и параллельное соединение диодов
20. Силовые стабилитроны и ограничители напряжения, условное обозначение, основные параметры и вах, области использования.
Стабилитрон (диод Зенера) - полупроводниковый диод, предназначенный для поддержания напряжения источника питания на заданном уровне. По сравнению с обычными диодами имеет достаточно низкое регламентированное напряжение пробоя (при обратном включении) и может поддерживать это напряжение на постоянном уровне при значительном изменении силы обратного тока. Материалы, используемые для создания p-n перехода стабилитронов, имеют высокую концентрацию легирующих элементов (примесей). Поэтому, при относительно небольших обратных напряжениях в переходе возникает сильное электрическое поле, вызывающее его электрический пробой, в данном случае являющийся обратимым (если не наступает тепловой пробой вследствие слишком большой силы тока). В основе работы стабилитрона лежат два механизма: Лавинный пробой p-n перехода
Туннельный пробой p-n перехода (Эффект Зенера в англоязычной литературе). Несмотря на схожие результаты действия, эти механизмы различны, хотя и присутствуют в любом стабилитроне совместно, но преобладает только один из них. У стабилитронов до напряжения 5,6 вольт преобладает туннельный пробой с отрицательным температурным коэффициентом[источник не указан 304 дня], выше 5,6 вольт доминирующим становится лавинный пробой с положительным температурным коэффициентом[источник не указан 304 дня]. При напряжении, равном 5,6 вольт, оба эффекта уравновешиваются, поэтому выбор такого напряжения является оптимальным решением для устройств с широким температурным диапазоном применения[источник не указан 321 день]. Пробойный режим не связан с инжекцией неосновных носителей заряда. Поэтому в стабилитроне инжекционные явления, связанные с накоплением и рассасыванием носителей заряда при переходе из области пробоя в область запирания и обратно, практически отсутствуют. Это позволяет использовать их в импульсных схемах в качестве фиксаторов уровней и ограничителей.
Виды стабилитронов: прецизионные - обладают повышенной стабильностью напряжения стабилизации, для них вводятся дополнительные нормы на временную нестабильность напряжения и температурный коэффициент напряжения (например: 2С191, КС211, КС520); двусторонние - обеспечивают стабилизацию и ограничение двухполярных напряжений, для них дополнительно нормируется абсолютное значение несимметричности напряжения стабилизации (например: 2С170А, 2С182А); быстродействующие - имеют сниженное значение барьерной ёмкости (десятки пФ) и малую длительность переходного процесса (единицы нс), что позволяет стабилизировать и ограничивать кратковременные импульсы напряжения (например: 2С175Е, КС182Е, 2С211Е).
Существуют микросхемы линейных регуляторов напряжения с двумя выводами, которые имеют такую же схему включения, что и стабилитрон, и зачастую, такое же обозначение на электрических принципиальных схемах.
Типовая
схемавключения стабилитрона
Обозначение
стабилитрона на принципиальных схемах
Обозначение
двуханодного стабилитрона на
принципиальных схемах
Параметры. Напряжение стабилизации - значение напряжения на стабилитроне при прохождении заданного тока стабилизации. Пробивное напряжение диода, а значит, напряжение стабилизации стабилитрона зависит от толщины p-n-перехода или от удельного сопротивления базы диода. Поэтому разные стабилитроны имеют различные напряжения стабилизации (от 3 до 400 В). Температурный коэффициент напряжения стабилизации - величина, определяемая отношением относительного изменения температуры окружающей среды при постоянном токе стабилизации. Значения этого параметра у различных стабилитронов различны. Коэффициент может иметь как положительные так и отрицательные значения для высоковольтных и низковольтных стабилитронов соответственно. Изменение знака соответствует напряжению стабилизации порядка 6В. Дифференциальное сопротивление - величина, определяемая отношением приращения напряжения стабилизации к вызвавшему его малому приращению тока в заданном диапазоне частот. Максимально допустимая рассеиваемая мощность - максимальная постоянная или средняя мощность, рассеиваемая на стабилитроне, при которой обеспечивается заданная надёжность.
Современная электронная аппаратура предъявляет жёсткие требования к стабильности постоянного напряжения источника питания. Настолько жёстки эти требования, можно судить по таким цифрам. Малой стабильностью считают такую, при которой изменения выходного напряжения источника питания составляют 2-5%, средней стабильностью 0,5-2%, высокой 0,1-0,5%, очень высокой - менее 0,1%. Такие высокие показатели стабильности высокого напряжения источника питания невозможно получить без специального устройства - стабилизатора постоянного напряжения, который включается на выходе источника питания.
Следует заменить, что основными причинами, вызывающими колебания выходного напряжения источника питания, являются изменения напряжения сети и сопротивление нагрузки. Оба дестабилизирующих фактора могут быть медленными - от нескольких минут до нескольких часов и быстрыми - доли секунды. И те и другие изменения постоянного напряжения отрицательно сказываются на работе электронной аппаратуры, поэтому стабилизатор должен действовать непрерывно и автоматически.
На основании изложенного можно дать следующее определение. Стабилизатором напряжения называют устройство, поддерживающее с требуемой точностью напряжение на нагрузке при изменениях в заданных пределах напряжения сети и сопротивления нагрузки. Основой его служит стабилитрон - кремниевый диод, внутреннее сопротивление которого мало меняется при изменении тока. Малая зависимость падения напряжения на стабилитроне от протекающего тока является основным свойством стабилитрона. Благодаря этому свойству напряжение на стабилитроне, а значит, и нагрузка, подключенная к нему, поддерживается практически постоянным.
Рисунок 1 Вольтамперная характеристика стабилитрона
Вольтамперные характеристики нескольких, наиболее часто используемых стабилитронов , показаны на рисунке 1. При включении стабилитрона в прямом (пропускном) направлении его вольтамперная характеристика аналогична вольтамперной характеристике кремниевого диода. Но стабилитрон работает в режиме обратного напряжения. При увеличении обратного напряжения ток через стабилитрон вначале растёт очень медленно (на характеристике - горизонтальный участок ветвей), а затем, при некотором значении обратного напряжения наступает так называемый «пробой» р-n перехода, после чего даже небольшое увеличение напряжения значительно влияет на рост тока через стабилитрон (на характеристике - спадающий вниз участок ветви). У разных стабилитронов режим «пробоя» наступает при разных обратных напряжениях: у стабилитрона КС 133А, например, при 3…3,7 В, у стабилитрона Д808 - при 7…8,5 В.
В стабилизаторах напряжения стабилитроны работают в режимах соответствующих этим участкам их вольтамперных характеристик. Пробой р-n перехода не ведёт к порче стабилитрона, если ток через него не превышает допустимого значения.
Стабилизирующие свойства такого полупроводникового прибора характеризуются его дифференциальным сопротивлением, которое выражают как отношение изменения напряжения стабилизации к вызвавшему это малому изменению тока стабилизации.
Чтобы стабилизатор выполнял свою функцию, протекающий через него ток должен быть не меньше минимального тока стабилизации, т.е наименьшего тока, при котором работа стабилитрона в режиме пробоя устойчива, и не больше максимального тока стабилизации наибольшего тока, при котором температура нагрева р-n перехода стабилитрона не превышает допустимой. При выборе полупроводникового прибора для работы в стабилизаторе напряжения ориентируется по его напряжению стабилизации - напряжению между его выводами в рабочем режиме.
Рисунок 2 Электрическая принципиальная схема простейшего параметрического стабилизатора
Практическая часть
1) Снятие вольтамперной характеристики
Рисунок 3 Электрическая принципиальная схема для снятия вольт амперной характеристики стабилитрона
Тут приведена полярность для обратной ветви характеристики, для снятия прямой ветви соответственно изменить полярность питания и подключения измерительных приборов.
Соберём схему по рисунку 3. Для снятия вольтамперной характеристики стабилитрона вначале изменяют прямое, а затем обратное напряжение, подводимое к диоду, и следят за изменениями тока в цепи. Для построения характеристики достаточно снять 5-6 показаний приборов для прямой и 8-10 показаний для обратной ветви характеристики. Особенно тщательно следует снимать характеристику на участке стабилизации, так как здесь в широком диапазоне изменения тока диода напряжение Uст меняется незначительно. Данные наблюдений записывают в таблицу I= f (U)
2) Построение вольтамперной характеристики
График вольтамперной характеристики кремниевого стабилитрона строят по результатам таблицы. Примерный вид вольтамперной характеристики показан на рисунке 4.
Рисунок 4 Примерный вид вольтамперной характеристики
Рисунок 5 Электрическая принципиальная схема для исследования параметрического стабилизатора
Схема для исследования параметрического стабилизатора показана на рисунке 5. Поочередно осуществляется подключение нагрузочных резисторов R2 или R3 с разными сопротивлениями, тем самым изменяется нагрузочный ток.
Порядок выполнения работы
- Подключить к схеме для исследования параметрического стабилизатора измерительную аппаратуру и источник питания. Подготовить приборы для измерения соответствующих параметров.
- Рассчитать по известным параметрам схемы коэффициент стабилизации напряжения Кст стабилизатора.
- Определить экспериментально и записать в таблицу коэффициент стабилизации напряжения при изменениях входного напряжения от 25 до 30 В для обоих нагрузочных резисторов. Для чего установить входное напряжение стабилизатора с точностью до 0,05 В. Затем увеличив входное напряжение до 30 В снова измерить входное напряжение. По результатам измерений, записанных в таблицу, по формуле (6) определить искомый коэффициент стабилизации, сравнив с расчётами, сделанными в п.2, учитывая, что они могут отличаться на 20-30%.
- Определить расчётно-экспериментальным путём минимальное и максимальное сопротивление балластного резистора. Для определения сопротивление балластного резистора по формулам (4) необходимо измерить минимальное и максимальное значения нагрузочного тока, определённое при любом входном напряжении от 25 до 30 В. В качестве напряжения Uст принять значение напряжения Uн из таблицы, округляя его до 0,1 долей вольта.
- Определение коэффициента стабилизации.
Используемый в лабораторной работе стабилитрон Д814Б и резисторы (балластное сопротивление R1 МЛТ-2 510 Ом, нагрузочные резисторы R2 МЛТ-1 1 кОм и R3 МЛТ-0,5 3 кОм) закреплены на плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита.
Первая часть лабораторной работы состоит в снятии прямой и обратной ветвей вольтамперной характеристики стабилитрона
Во второй части на основе стабилитрона собирается простейший параметрический стабилизатор.
Меняя напряжение на входе стабилизатора, можно убедиться, что напряжение на нагрузке (резистор R2 или R3) изменяться практически не будет. Аналогично переключая резисторы R2 или R3 можно удостовериться, что изменение сопротивления нагрузки также не приводит к значительным колебаниям напряжения на ней.
Здесь были использованы сокращения материала в теоретической части, полную версию работы прочитайте . Специально для сайт - Denev
Обсудить статью СТАБИЛИТРОНЫ
Является разновидностью диода, но имеет уникальное свойство – при обратном включении он открывается при определенном, строго заданном напряжении и начинает пропускать ток. Пока этот ток лежит в определенном пределе, на стабилитроне устанавливается постоянное напряжение. Это позволяет использовать стабилитроны для получения стабильного напряжения, которое необходимо для питания очень многих электронных устройств.
Итак, в нашем распоряжении стабилитрон, к примеру, КС156, набор резисторов и источник постоянного напряжения, величину которого можно регулировать в диапазоне 0…12 В. Соберем следующую схему:
Выкручиваем ручку регулировки блока питания в «0» и подключаем к нему нашу схему, соблюдая полярность. Напряжение на стабилитроне равно нулю, ток через него, ясное дело, тоже не течет. Начинаем увеличивать напряжение. 2 В, затем 3 В. Тока через стабилитрон все еще нет. Продолжаем увеличивать и замечаем, что ток появился – наш стабилитрон открылся.
При дальнейшем повороте ручки ток продолжает расти, напряжение на стабилитроне остается неизменным (в нашем случае – 5.6 В). Увеличиваем еще напряжение и в какой-то момент времени ток исчезает, напряжение на стабилитроне скачком поднимается до напряжения блока питания – наш стабилитрон пробит окончательно и бесповоротно или, как говорят, «сгорел». Стабилитрона мы лишились, но в нашем распоряжении есть полезная информация которую и рассмотрим:
Iст.мин
– ток стабилизации минимальный. Минимальный ток, при котором напряжение на стабилитроне перестало расти (прибор вошел в режим стабилизации)
Iст.макс
– максимально допустимый ток через стабилитрон. Ток, при котором стабилитрон еще работает, но если его увеличить, прибор сгорит.
Uст
– напряжение стабилизации. Напряжение на стабилитроне, которое остается неизменным, пока через стабилитрон течет ток в диапазоне Iст.мин … Iст.макс.
Все эти данные мы получили ценой жизни пусть несложного и недорогого, но прибора. Тем не менее, их совсем несложно получить из справочной литературы, зная тип стабилитрона. Открываем справочник по стабилитронам и смотрим:
КС456А:
Iст.мин – 1 мА;
Iст.макс – 139 мА;
Uст — 5.6 В;
Iст.ном – 30 мА.
У нас даже появилась дополнительная информация: Iст.ном — номинальный ток стабилизации. Именно при таком токе стабилитрон будет работать в оптимальном режиме – если сетевое напряжение начнет «прыгать», то прибор не выйдет из режима стабилизации и не сгорит, а будет продолжать выдавать 5.6 В.
Выпускаются стабилитроны, конечно, на разное напряжение – от единиц и долей до десятков и даже сотен вольт, кроме того, для получения необходимого напряжения стабилизации приборы можно соединять последовательно, но с таким расчетом, чтобы ток через них укладывался в диапазон стабилизации для обоих стабилитронов. При последовательном соединении напряжения стабилизации складываются, параллельно стабилитроны включать нельзя . Почему? В этом несложном вопросе, я думаю, вы разберетесь сами.
Собранная нами схема, по сути, является готовым стабилизатором напряжения, но питать она может только не очень прожорливые схемы, потребляющие единицы, максимум десяток мА. В противном случае изменение сопротивления нагрузки просто выведет стабилитрон из режима. Для получения более мощного стабилизированного источника питания придется схему усложнить, что мы и сделаем в следующий раз.
Стабилитрон - это полупроводниковый диод с уникальными свойствами. Если обычный полупроводник при обратном включении является изолятором, то он выполняет эту функцию до определенного роста величины приложенного напряжения, после чего происходит лавинообразный обратимый пробой. При дальнейшем увеличении протекающего через стабилитрон обратного тока напряжение продолжает оставаться постоянным за счет пропорционального уменьшения сопротивления. Таким путем удается добиться режима стабилизации.
В закрытом состоянии через стабилитрон сначала проходит небольшой ток утечки. Элемент ведет себя как резистор, величина сопротивления которого велика. При пробое сопротивление стабилитрона становится незначительным. Если дальше продолжать повышать напряжение на входе, элемент начинает греться и при превышении током допустимой величины происходит необратимый тепловой пробой. Если дело не доводить до него, при изменении напряжения от нуля до верхнего предела рабочей области свойства стабилитрона сохраняются.
Когда напрямую включается стабилитрон, характеристики не отличаются от диода. При подключении плюса к p-области, а минуса - к n-области сопротивление перехода мало и ток через него свободно протекает. Он нарастает с увеличением входного напряжения.
Стабилитрон - это особый диод, подключаемый большей частью в обратном направлении. Элемент сначала находится в закрытом состоянии. При возникновении электрического пробоя стабилитрон напряжения поддерживает его постоянным в большом диапазоне тока.
На анод подается минус, а на катод - плюс. За пределами стабилизации (ниже точки 2) происходит перегрев и повышается вероятность выхода элемента из строя.
Характеристики
Параметры стабилитронов следующие:
- U ст - напряжение стабилизации при номинальном токе I ст;
- I ст min - минимальный ток начала электрического пробоя;
- I ст max - максимальный допустимый ток;
- ТКН - температурный коэффициент.
В отличие от обычного диода, стабилитрон - это полупроводниковое устройство, у которого на вольт-амперной характеристике области электрического и теплового пробоя достаточно далеко расположены друг от друга.
С максимально допустимым током связан параметр, часто указываемый в таблицах - мощность рассеивания:
P max = I ст max ∙ U ст.
Зависимость работы стабилитрона от температуры может быть как с положительным ТКН, так и отрицательным. При последовательном подключении элементов с разными по знакам коэффициентами создаются прецизионные стабилитроны, не зависящие от нагрева или охлаждения.
Схемы включения
Типовая схема простого стабилизатора, состоит из балластного сопротивления R б и стабилитрона, шунтирующего нагрузку.
В некоторых случаях происходит нарушение стабилизации.
- Подача на стабилизатор большого напряжения от источника питания при наличии на выходе фильтрующего конденсатора. Броски тока при его зарядке могут вызвать выход из строя стабилитрона или разрушение резистора R б.
- Отключение нагрузки. При подаче на вход максимального напряжения ток стабилитрона может превысить допустимый, что приведет к его разогреву и разрушению. Здесь важно соблюдать паспортную область безопасной работы.
- Сопротивление R б подбирается небольшим, чтобы при минимально возможной величине напряжения питания и максимально допустимом токе на нагрузке стабилитрон находился в рабочей зоне регулирования.
Для защиты стабилизатора применяются тиристорные схемы защиты или
Резистор R б рассчитывается по формуле:
R б = (U пит - U ном)(I ст + I н).
Ток стабилитрона I ст выбирается между допустимыми максимальным и минимальным значениями, в зависимости от напряжения на входе U пит и тока нагрузки I н.
Выбор стабилитронов
Элементы имеют большой разброс по напряжению стабилизации. Чтобы получить точное значение U н, стабилитроны подбираются из одной партии. Есть типы с более узким диапазоном параметров. При большой мощности рассеивания элементы устанавливают на радиаторы.
Для расчета параметров стабилитрона необходимы исходные данные, например, такие:
- U пит = 12-15 В - напряжение входа;
- U ст = 9 В - стабилизированное напряжение;
Параметры характерны для устройств с небольшим потреблением энергии.
Для минимального входного напряжения 12 В ток на нагрузке выбирается по максимуму - 100 мА. По закону Ома можно найти суммарную нагрузку цепи:
R ∑ = 12 В / 0,1 А = 120 Ом.
На стабилитроне падение напряжения составляет 9 В. Для тока 0,1 А эквивалентная нагрузка составит:
R экв = 9 В / 0,1 А = 90 Ом.
Теперь можно определить сопротивление балласта:
R б = 120 Ом - 90 Ом = 30 Ом.
Оно выбирается из стандартного ряда, где значение совпадает с расчетным.
Максимальный ток через стабилитрон определяется с учетом отключения нагрузки, чтобы он не вышел из строя в случае, если какой-либо провод отпаяется. Падение напряжения на резисторе составит:
U R = 15 - 9 = 6 В.
Затем определяется ток через резистор:
I R = 6/30 = 0,2 А.
Поскольку стабилитрон подключен к нему последовательно, I c = I R = 0,2 А.
Мощность рассеивания составит P = 0,2∙9 = 1,8 Вт.
По полученным параметрам подбирается подходящий стабилитрон Д815В.
Симметричный стабилитрон
Симметричный диодный тиристор представляет собой переключающий прибор, проводящий переменный ток. Особенностью его работы является падение напряжения до нескольких вольт при включении в диапазоне 30-50 В. Его можно заменить двумя встречно включенными обычными стабилитронами. Устройства применяют в качестве переключающих элементов.
Аналог стабилитрона
Когда не удается подобрать подходящий элемент, используют аналог стабилитрона на транзисторах. Их преимуществом является возможность регулирования напряжения. Для этого можно применять усилители постоянного тока с несколькими ступенями.
На входе устанавливают делитель напряжения с R1. Если входное напряжение возрастает, на базе транзистора VT1 оно также увеличивается. При этом растет ток через транзистор VT2, который компенсирует увеличение напряжения, поддерживая тем самым его стабильным на выходе.
Маркировка стабилитронов
Выпускаются стеклянные стабилитроны и стабилитроны в пластиковых корпусах. В первом случае на них наносятся 2 цифры, между которыми располагается буква V. Надпись 9V1 обозначает, что U ст = 9,1 В.
На пластиковом корпусе надписи расшифровываются с помощью даташита, где также можно узнать другие параметры.
Темным кольцом на корпусе обозначается катод, к которому подключается плюс.
Заключение
Стабилитрон - это диод с особыми свойствами. Достоинством стабилитронов является высокий уровень стабилизации напряжения при широком диапазоне изменения рабочего тока, а также простые схемы подключения. Для стабилизации малого напряжения приборы включают в прямом направлении, и они начинают работать как обычные диоды.
