Стабилитроны широко применяются в современной электронной аппаратуре для стабилизации напряжения. Их вольт-амперная характеристика (ВАХ) имеет уникальные свойства, позволяющие эффективно решать эту задачу.
Принцип работы стабилитрона
Стабилитрон представляет собой полупроводниковый диод со специфической ВАХ. В области электрического пробоя напряжение на стабилитроне (Uст) практически не зависит от тока (Iст). Это свойство используется для получения стабильного опорного напряжения.
Стабилитроном называют полупроводниковый диод, напряжение на обратной ветви ВАХ которого в области электрического пробоя слабо зависит от значения проходящего тока.
В стабилитронах возникают два основных вида электрического пробоя:
- Туннельный (зенеровский) пробой при
Uст > 5 В - Лавинный пробой при
Uст > 7 В
Независимо от вида пробоя, стабилитроны часто называют зенеровскими диодами по имени первооткрывателя.
Области применения
Основные области использования стабилитронов:
- Стабилизация напряжения в источниках питания
- Защита электронных схем от перенапряжений
- Ограничение амплитуды импульсов
- Получение опорного напряжения
Благодаря своим уникальным свойствам, стабилитроны нашли применение практически во всех областях современной электроники.
Вах стабилитрона
Рассмотрим подробнее принципы вах стабилитрона. Как видно на рисунке, в области пробоя напряжение Uст слабо зависит от тока Iст, что и определяет стабилизирующие свойства.
На рабочем участке вах стабилитрона можно выделить 3 точки:
- Напряжение начала пробоя
Uпр - Напряжение стабилизации
Uст - Максимально допустимое напряжение
Umax
Для получения меньших напряжений используют вах стабилитрона (диода) в прямом включении, такие приборы называются стабисторами.
| Параметр | Обозначение | Единицы измерения |
| Напряжение начала пробоя | Uпр | В |
| Напряжение стабилизации | Uст | В |
Таким образом, вах полупроводникового стабилитрона имеет уникальные свойства, используемые для стабилизации напряжения в электронной аппаратуре.
Применение стабилитронов
Рассмотрим некоторые практические примеры использования стабилитронов.
Стабилизатор напряжения
Стабилитрон часто включают в простые стабилизаторы напряжения. Схема такого устройства показана на рисунке.
Здесь стабилитрон OD1 ограничивает выходное напряжение. Резистор R1 ограничивает ток через стабилитрон. Конденсатор C1 сглаживает пульсации.
Защита от перенапряжений
Стабилитроны часто используют для защиты различных устройств от случайных выбросов напряжения. На рисунке показан пример защиты входа усилителя.
При превышении опасного уровня напряжения стабилитрон VD1 открывается и ограничивает напряжение на входе усилителя.
Импульсные стабилитроны
Существуют специальные импульсные стабилитроны, предназначенные для работы в импульсных и высокочастотных схемах. Они используются для стабилизации и ограничения амплитуды импульсов.
На практике часто возникает вопрос: какой участок вах стабилитрона является рабочим? Для большинства применений рабочим является участок, соответствующий напряжению стабилизации Uст. Именно на этом участке обеспечивается стабильность напряжения на выходе.
Другие типы стабилитронов
Помимо обычных стабилитронов, существует несколько разновидностей с улучшенными характеристиками.
Термокомпенсированные стабилитроны
Обычные стабилитроны имеют температурный дрейф напряжения порядка 0,05%/°C. Для уменьшения зависимости от температуры применяют термокомпенсированные стабилитроны.
Кремниевые сплавные термокомпенсированные детали КС211 (Б-Д), используемые в качестве источников опорного напряжения, имеют пластмассовый корпус.
У них температурный коэффициент составляет 0,002%/°C, то есть в 25 раз меньше.
Прецизионные стабилитроны
Для применения в точных измерительных схемах используют прецизионные стабилитроны. У них очень высокие стабильность напряжения и воспроизводимость параметров.
В этих приборах путем последовательного соединения двух или более p-n-переходов достигается высокая точность и устойчивость напряжения к изменениям тока и температуры.
Двуханодные стабилитроны
Существуют двуханодные стабилитроны с симметричной ВАХ. Они могут использоваться для двустороннего ограничения напряжения, а также в качестве опорных стабилитронов.
Наряду со стабилитронами, имеющими несимметричную ВАХ, выпускаются двуханодные стабилитроны, имеющие симметричную ВАХ.
Составные стабилитроны
Для увеличения мощности применяют составные стабилитроны. В них стабилитрон включен параллельно мощному транзистору.
Такие схемы используются, когда требуемые ток и мощность превышают возможности обычного стабилитрона.
Вах стабилитрона - график
Рассмотрим более подробно вах стабилитрона график. На рисунке показана типичная вольт-амперная характеристика стабилитрона.
Как видно на графике, в области пробоя напряжение Uст практически не зависит от тока Iст. Это свойство используется для стабилизации напряжения в различных схемах.
Выбор стабилитрона
При выборе конкретного типа стабилитрона необходимо учитывать:
- Требуемое напряжение стабилизации
- Максимально допустимый ток
- Диапазон рабочих температур
- Необходимую точность стабилизации
Современные серии стабилитронов выпускаются на любые напряжения от 3 до 1000 В. Есть прецизионные, импульсные и двуханодные модели. Таким образом, для любых применений можно подобрать оптимальный вариант.
Методы измерения параметров стабилитрона
Для проверки работоспособности и измерения параметров стабилитронов используются различные методы.
Простая проверочная схема
Самый простой способ - подключение стабилитрона к источнику питания через токоограничивающий резистор, как показано на рисунке.
При этом с помощью вольтметра измеряется напряжение на стабилитроне. Если при увеличении входного напряжения оно перестает расти на уровне заявленного паспортного значения, значит стабилитрон исправен.
Проверка на приставке к мультиметру
Для быстрой проверки стабилитрона можно воспользоваться специальной приставкой к мультиметру.
При этом к прибору подключается схема генератора опорного напряжения, в которую включается проверяемый стабилитрон. На мультиметре отображается его напряжение стабилизации.
Измерение параметров с помощью осциллографа
Для точного измерения динамических характеристик и параметров стабилитрона используется осциллограф.
На его экране строится вольт-амперная характеристика стабилитрона. Затем по полученному графику определяются все необходимые параметры - напряжения стабилизации, начала пробоя, токи утечки и т.д.
Автоматизированные измерительные комплексы
Современные автоматизированные комплексы для тестирования полупроводниковых приборов позволяют полностью автоматизировать процесс измерения параметров стабилитронов.
Такие устройства могут последовательно измерять вольт-амперные характеристики большого количества стабилитронов, автоматически анализировать результаты и сортировать приборы по качеству.
Расчет параметров по справочным данным
Некоторые параметры стабилитронов можно рассчитать, пользуясь справочными данными в паспортах или даташитах.
Например, по известному значению напряжения стабилизации и крутизне характеристики рассчитывается допустимый ток через стабилитрон в рабочей точке.
Расчетные методы удобны для предварительной оценки параметров при подборе стабилитрона для конкретного применения.
