Kietakūniai diodai turi daug "profesijų". Jis gali ištiesinti įtampą, atjungti elektros grandines, apsaugoti įrangą nuo netinkamo maitinimo. Tačiau yra ne visai įprastas diodo "veikimo" būdas, kai jo vienpusio laidumo savybė naudojama labai netiesiogiai. Puslaidininkinis įtaisas, kurio įprastinis veikimo režimas yra atvirkštinis šališkumas, vadinamas stabilizatoriumi.
Turinys
Kas yra Zenerio diodas, kur jis naudojamas ir kokių yra rūšių
Stabilitronas arba Zenerio diodas (pavadintas amerikiečių mokslininko, kuris pirmasis ištyrė ir aprašė šio puslaidininkinio prietaiso savybes, vardu) yra įprastas diodas su p-n sandūra. Jam būdinga tai, kad jis veikia neigiamo šališkumo srityje, t. y. kai įtampa tiekiama atvirkštinio poliškumo. Toks diodas naudojamas kaip autonominis reguliatorius, palaikantis pastovią vartotojo įtampą, nepriklausomai nuo apkrovos srovės svyravimų ir įėjimo įtampos svyravimų. Stabilizuotų diodų rinkiniai taip pat naudojami kaip etaloninės įtampos šaltiniai kituose stabilizatoriuose, turinčiuose pažangias grandines. Rečiau atvirkštinis diodas naudojamas kaip impulsų formavimo elementas arba kaip viršįtampių slopintuvas.
Yra įprastiniai stabilizatoriai ir dvigubos kvadratūros reguliatoriai. Dvigubas kvadratūrinis stabilitronas - tai du diodai, išdėstyti priešingomis kryptimis tame pačiame korpuse. Jį galima pakeisti dviem atskirais įtaisais tinkamoje grandinėje.
Stabilitrono voltamperinės charakteristikos ir veikimo principas
Norint suprasti, kaip veikia stabilizatorius, būtina išnagrinėti jo tipinę voltamperinę charakteristiką (VAC).
Jei zenerio elementas įjungiamas tiesiogine kryptimi kaip įprastas diodas, jis elgiasi kaip įprastas diodas. Esant maždaug 0,6 V įtampai (silicio prietaisui), jis atsidarys ir pateks į linijinę CVC sekciją. Kalbant apie straipsnį, įdomiau pažiūrėti, kaip stabilizavimo diodas elgiasi, kai prijungiama atvirkštinio poliškumo įtampa (neigiama charakteristikos pusė). Iš pradžių jo varža smarkiai padidės ir prietaisas nustos praleisti srovę. Tačiau kai įtampa pasiekia tam tikrą vertę, smarkiai padidėja srovė, vadinama skilimu. Jis yra lavininio pobūdžio ir išnyksta atjungus maitinimą. Jei atvirkštinė įtampa ir toliau didėja, p-n sandūra pradeda šilti ir pereina į šiluminio pramušimo režimą. Šiluminis skilimas yra negrįžtamas ir reiškia, kad diodas suges, todėl nereikėtų įjungti diodo į šį režimą.
Įdomus yra puslaidininkinio įtaiso lavininio skilimo ruožas. Jo forma artima linijinei, o statumas didelis. Tai reiškia, kad esant dideliam srovės pokyčiui (ΔI), įtampos kritimo stabilizatoriuje pokytis yra santykinai mažas (ΔU). Tai yra stabilizavimas.
Tokia elgsena, kai taikoma atvirkštinė įtampa, būdinga bet kuriam diodui. Tačiau stabilizuojančio diodo ypatybė yra ta, kad jo parametrai šiame CVC ruože yra normalizuoti. Jo stabilizavimo įtampa ir nuolydis yra duoti (su tam tikra paklaida) ir yra svarbūs parametrai, nuo kurių priklauso prietaiso tinkamumas naudoti grandinėje. Jų galima rasti žinynuose. Įprastus diodus taip pat galima naudoti kaip stabilizavimo diodus, jei nufotografuosite jų galios kreivę ir tarp jų rasite vieną su tinkama charakteristika. Tačiau tai ilgas, daug laiko reikalaujantis procesas, kurio rezultatas nėra garantuotas.
Pagrindinės stabilizuojančio diodo charakteristikos
Norint parinkti Zenerio diodą konkrečiam taikymui, reikia atkreipti dėmesį į keletą svarbių parametrų. Nuo šių charakteristikų priklauso pasirinkto prietaiso tinkamumas naudoti.
Stabilizacijos vardinė įtampa
Pirmasis zenerio parametras, į kurį reikia atsižvelgti renkantis, yra stabilizavimo įtampa, kurią apibrėžia lavininio skilimo pradžios taškas. Tai yra pradinis taškas renkantis grandinėje naudojamą prietaisą. Skirtingų net ir to paties tipo paprastų zenerių kopijų įtampos svyravimai siekia kelis procentus, o tiksliųjų - mažiau. Jei nominalioji įtampa nežinoma, ją galima nustatyti sudarius paprastą grandinę. Pasiruoškite:
- 1...3 kΩ balastinis rezistorius;
- Reguliuojamas įtampos šaltinis;
- Voltmetras (galima naudoti testerį).
Maitinimo įtampa turi būti padidinta nuo nulio, o voltmetru turi būti patikrintas įtampos padidėjimas reguliatoriuje. Tam tikru momentu jis sustos, nepaisant toliau didinamos įėjimo įtampos. Tai faktinė stabilizavimo įtampa. Jei reguliuojamo šaltinio nėra, galima naudoti maitinimo šaltinį, kurio pastovi išėjimo įtampa, kaip žinoma, yra didesnė už U stabilizavimo įtampą. Grandinė ir matavimo principas išlieka tas pats. Tačiau dėl per didelės darbinės srovės kyla puslaidininkinio įtaiso gedimo pavojus.
Stabilizatoriai naudojami nuo 2...3 V iki 200 V įtampai. Norint suformuoti stabilią įtampą žemiau šio diapazono, naudojami kiti prietaisai - stabilitronai, veikiantys tiesiame CVC ruože.
Darbinės srovės diapazonas
Viršuje ir apačioje yra ribotas srovių, kurioms esant stabilizavimo įtaisai atlieka savo funkciją, diapazonas. Apatinėje dalyje ji apribojama tiesinės atkarpos, esančios charakteristikos kreivės reverso pusėje, pradžia. Esant mažesnėms srovėms, charakteristika neužtikrina įtampos pastovumo.
Viršutinę vertę riboja didžiausia puslaidininkinio įtaiso išsklaidoma galia, kuri priklauso nuo jo konstrukcijos. Stabilitronai metaliniuose korpusuose skirti didesnėms srovėms, tačiau nepamirškite naudoti radiatorių. Be jų didžiausia leistina išsklaidoma galia bus gerokai mažesnė.
Diferencinė varža
Kitas parametras, lemiantis reguliatoriaus veikimą, yra diferencinė varža Rc. Jis apibrėžiamas kaip įtampos pokyčio ΔU ir atsiradusio srovės pokyčio ΔI santykis. Tai yra varžos vertė, matuojama omais. Grafiškai tai yra charakteristikos nuolydžio tangentas. Akivaizdu, kad kuo mažesnė varža, tuo geresnė stabilizavimo kokybė. Idealaus (praktikoje neegzistuojančio) stabilizatoriaus atveju Rst yra lygus nuliui - bet koks srovės padidėjimas nesukels jokio įtampos pokyčio, o kreivės atkarpa bus lygiagreti ordinačių ašiai.
Stabilizatorių ženklinimas
Vietiniai ir importuoti stabilizavimo diodai su metalo kapsulėmis ženklinami paprastai ir aiškiai. Juose schematiškai žymimas prietaiso pavadinimas ir anodo bei katodo vieta.
Plastikiniuose korpusuose esantys prietaisai katodo ir anodo pusėse žymimi skirtingų spalvų žiedais ir taškais. Pagal ženklų spalvą ir derinį galima nustatyti prietaiso tipą, tačiau būtina naudotis žinynais arba skaičiuoklių programomis. Abiejų galima rasti internete.
Stabilizuojamosios įtampos kartais spausdinamos ant mažos galios stabilizavimo diodų.
Stabilizatoriaus laidų schemos
Pagrindinė reguliatoriaus perjungimo grandinė yra nuosekliai sujungta su rezistoriuskuris nustato srovę per puslaidininkinį įtaisą ir perima perteklinę įtampą. Šie du elementai sudaro bendras skirstytuvas. Keičiantis įėjimo įtampai, kritimas reguliatoriuje išlieka pastovus, o rezistorius keičiasi.
Tokia grandinė gali būti naudojama atskirai ir vadinama parametriniu reguliatoriumi. Jis palaiko pastovią apkrovos įtampą, nepaisant įėjimo įtampos ar vartojamos srovės svyravimų (tam tikrose ribose). Jis taip pat naudojamas kaip pagalbinė grandinė, kai reikia etaloninės įtampos šaltinio.
Jis taip pat naudojamas jautriai įrangai (jutikliams ir kt.) apsaugoti nuo neįprastų aukštų įtampų (nuolatinės srovės arba atsitiktinių impulsų) atsiradimo maitinimo arba matavimo linijoje. Viskas, kas viršija puslaidininkinio įtaiso stabilizavimo įtampą, yra "atjungiama". Tokia grandinė vadinama Zenerio barjeru.
Anksčiau Zenerio barjero savybė "atjungti" įtampos viršūnes buvo plačiai naudojama impulsų formavimo grandinėse. Kintamosios srovės grandinėse buvo naudojami dviejų kanalų įrenginiai.
Tačiau ištobulėjus tranzistorių technologijai ir atsiradus integrinių grandynų, šis principas buvo naudojamas retai.
Jei po ranka neturite tinkamos įtampos reguliatoriaus, jis gali būti sudarytas iš dviejų įtampų. Bendra stabilizavimo įtampa bus lygi šių dviejų įtampų sumai.
Svarbu! Stabilitronų negalima jungti lygiagrečiai, kad padidėtų darbinė srovė! Dėl įtampos ir įtampos charakteristikų svyravimo vienas stabilitronas termiškai suirs, o antrasis suges dėl per didelės apkrovos srovės.
Nors sovietinių laikų techninė dokumentacija leidžia lygiagrečiai lygiagretus sujungimas Tarybiniais laikais leidžiama lygiagrečiai jungti nulius, tačiau su sąlyga, kad prietaisai turi būti to paties tipo, o bendra faktinė išsklaidoma galia veikimo metu neturi viršyti leistinos vienam stabilitronui. Kitaip tariant, esant šiai sąlygai negalima padidinti darbinės srovės.
Norint padidinti leistiną apkrovos srovę, naudojama kitokia grandinė. Parametrinis reguliatorius papildomas tranzistoriumi, kad būtų sukurtas emiterio kartotuvas su apkrova emiterio grandinėje ir stabiliu įtampa tranzistoriaus bazėje.
Šiuo atveju reguliatoriaus išėjimo įtampa bus mažesnė už U stabilizavimo įtampą tiek, kiek sumažėja įtampa emiterio sandūroje - silicio tranzistoriaus atveju apie 0,6 V. Šiam sumažėjimui kompensuoti galima nuosekliai su stabilizatoriumi į priekį prijungti diodą.
Tokiu būdu (įtraukus vieną ar daugiau diodų) reguliatoriaus išėjimo įtampą galima nedidelėmis ribomis padidinti. Jei reikia labai padidinti Uv, geriau nuosekliai įjungti dar vieną diodą.
Stabilitrono taikymo sritis elektroninėse grandinėse yra plati. Sąmoningai pasirinkus šį puslaidininkinį įtaisą, jis padės išspręsti daugelį projektuotojui iškeltų uždavinių.
Susiję straipsniai:
