Diodele cu semiconductori au mai multe "profesii". Acesta poate rectifica tensiunea, decupla circuitele electrice, proteja echipamentul de o alimentare necorespunzătoare. Dar există un tip de "funcționare" nu atât de normală a unei diode atunci când proprietatea sa de conducție unidirecțională este utilizată foarte indirect. Un dispozitiv semiconductor pentru care polarizarea inversă este modul normal de funcționare se numește stabilizator.
Cuprins
Ce este o diodă zener, unde este folosită și ce tipuri există
Un stabilitron sau o diodă Zener (numită după numele omului de știință american care a studiat și descris pentru prima dată proprietățile acestui dispozitiv semiconductor) este o diodă obișnuită cu o joncțiune p-n. Se caracterizează prin funcționarea sa în regiunea de polarizare negativă, adică atunci când se aplică o tensiune cu polaritate inversă. O astfel de diodă este utilizată ca regulator autonom, menținând constantă tensiunea consumatorului indiferent de variațiile curentului de sarcină și de fluctuațiile tensiunii de intrare. Ansamblurile de diode stabilizate sunt, de asemenea, utilizate ca surse de tensiune de referință pentru alte stabilizatoare cu circuite avansate. Mai rar, dioda inversă este utilizată ca element de modelare a impulsurilor sau ca supresor de supratensiune.
Există stabilizatoare convenționale și regulatoare cu dublă cuaductură. Un stabilizator cu dublă cuadratură este format din două diode dispuse în direcții opuse în aceeași carcasă. Acesta poate fi înlocuit cu două dispozitive separate într-un circuit adecvat.
Caracteristicile volt-ampermetrice ale unui stabilitron și modul în care funcționează
Pentru a înțelege cum funcționează un stabilizator, este necesar să se studieze caracteristica sa tipică de volt-ampermetru (VAC).
Dacă un Zener este alimentat în direcția înainte ca o diodă normală, se va comporta ca o diodă normală. La aproximativ 0,6 V (pentru un dispozitiv de siliciu) se va deschide și va intra în secțiunea liniară a CVC. În ceea ce privește subiectul articolului, este mai interesant de văzut cum se comportă dioda de stabilizare atunci când se aplică tensiunea de polaritate inversă (partea negativă a caracteristicii). La început, rezistența sa va crește brusc și dispozitivul nu va mai conduce curent. Dar atunci când tensiunea atinge o anumită valoare, se va produce o creștere bruscă a curentului, numită defecțiune. Este de tip avalanșă și dispare atunci când se întrerupe alimentarea. Dacă tensiunea inversă continuă să crească, joncțiunea p-n va începe să se încălzească și va intra în modul de defalcare termică. Defecțiunea termică este ireversibilă și înseamnă că dioda va ceda, deci nu trebuie să puneți dioda în acest mod.
Secțiunea de defalcare în avalanșă a dispozitivului semiconductor este interesantă. Forma sa este apropiată de cea liniară și are o abruptură mare. Aceasta înseamnă că, în cazul unei modificări mari a curentului (ΔI), modificarea căderii de tensiune pe stabilizator este relativ mică (ΔU). Și aceasta este stabilizarea.
Acest comportament la aplicarea tensiunii inverse este caracteristic oricărei diode. Dar particularitatea unei diode de stabilizare este că parametrii săi la această secțiune a CVC sunt normalizați. Tensiunea de stabilizare și panta acestuia sunt date (cu o anumită variație) și sunt parametri importanți care determină caracterul adecvat al dispozitivului pentru utilizarea într-un circuit. Acestea pot fi găsite în cărțile de referință. Diodele normale pot fi folosite și ca diode de stabilizare - dacă faceți o fotografie a curbei lor de putere și găsiți una cu o caracteristică potrivită. Dar acesta este un proces lung, care necesită mult timp și un rezultat negarantat.
Principalele caracteristici ale unei diode de stabilizare sunt
Pentru a selecta o diodă Zener pentru aplicația în cauză, există mai mulți parametri importanți de care trebuie să țineți cont. Aceste caracteristici vor determina caracterul adecvat al dispozitivului selectat pentru aplicație.
Tensiunea nominală de stabilizare
Primul parametru zener care trebuie luat în considerare la selecție este tensiunea de stabilizare, care este definită de punctul de pornire al defalcării avalanșei. Acesta este punctul de plecare pentru selectarea unui dispozitiv care urmează să fie utilizat într-un circuit. Copii diferite ale unui zener obișnuit, chiar și de același tip, au o variație de tensiune de câteva procente, în timp ce diferența este mai mică în cazul celor de precizie. În cazul în care tensiunea nominală nu este cunoscută, aceasta poate fi determinată prin asamblarea unui circuit simplu. Pregătiți-vă:
- O rezistență de balast de 1...3 kΩ;
- Sursă de tensiune reglabilă;
- Un voltmetru (se poate utiliza un tester).
Tensiunea de alimentare ar trebui să fie ridicată de la zero și ar trebui să se folosească voltmetrul pentru a verifica creșterea tensiunii la nivelul regulatorului. La un moment dat, se va opri în ciuda creșterilor ulterioare ale tensiunii de intrare. Aceasta este tensiunea de stabilizare reală. În cazul în care nu este disponibilă o sursă reglementată, se poate utiliza o sursă de alimentare cu o tensiune de ieșire constantă cunoscută ca fiind mai mare decât cea de stabilizare U. Circuitul și principiul de măsurare rămân aceleași. Dar există riscul de defecțiune a dispozitivului semiconductor din cauza curentului de funcționare excesiv.
Stabilizatoarele sunt utilizate pentru tensiuni de la 2...3V până la 200V. Pentru a forma o tensiune stabilă sub acest interval, se folosesc alte dispozitive - stabilizatori, care lucrează pe secțiunea dreaptă a CVC.
Intervalul curentului de funcționare
Gama de curenți la care regulatoarele își îndeplinesc funcția este limitată în partea superioară și inferioară. În partea de jos, se limitează la începutul segmentului liniar al părții inverse a curbei caracteristice. La curenți mai mici, caracteristica nu asigură constanța tensiunii.
Valoarea superioară este limitată de puterea maximă de disipare de care este capabil dispozitivul semiconductor și depinde de designul acestuia. Stabilitronii în carcase metalice sunt proiectați pentru curenți mai mari, dar nu uitați de utilizarea radiatoarelor. Fără acestea, cea mai mare disipare de putere admisă va fi considerabil mai mică.
Rezistența diferențială
Un alt parametru care determină performanța unui regulator este rezistența diferențială, Rc. Se definește ca fiind raportul dintre variația tensiunii ΔU și variația rezultată a curentului ΔI. Aceasta este o valoare a rezistenței, măsurată în ohmi. Din punct de vedere grafic, este tangenta la panta caracteristicii. Evident, cu cât rezistența este mai mică, cu atât calitatea stabilizării este mai bună. Pentru un stabilizator ideal (inexistent în practică), Rst este zero - orice creștere a curentului nu va provoca nicio modificare a tensiunii, iar secțiunea curbei va fi paralelă cu axa ordonatelor.
Etichetarea stabilizatoarelor
Diodele de stabilizare cu capsulă metalică, atât cele naționale, cât și cele importate, sunt etichetate simplu și clar. Acestea sunt marcate cu numele dispozitivului și cu locația anodului și a catodului sub forma unei denumiri schematice.
Dispozitivele din carcase de plastic sunt marcate cu inele și puncte de culori diferite pe partea catodică și anodică. Culoarea și combinația de semne pot fi folosite pentru a determina tipul de aparat, dar este necesar să se consulte cărți de referință sau să se utilizeze programe de calcul. Ambele pot fi găsite pe internet.
Tensiunile de stabilizare sunt uneori imprimate pe diode de stabilizare de mică putere.
Diagrame de cablare a stabilizatorului
Circuitul de bază pentru comutarea unui regulator este în serie cu un un rezistorcare stabilește curentul prin dispozitivul semiconductor și preia tensiunea în exces. Cele două elemente alcătuiesc divizor comun. Atunci când tensiunea de intrare se modifică, căderea pe regulator rămâne constantă, iar rezistența se modifică.
Un astfel de circuit poate fi utilizat de unul singur și se numește regulator parametric. Menține tensiunea de sarcină constantă în ciuda fluctuațiilor tensiunii de intrare sau a consumului de curent (în anumite limite). Este, de asemenea, utilizat ca un circuit auxiliar în cazul în care este necesară o sursă de tensiune de referință.
De asemenea, este utilizat pentru a proteja echipamentele sensibile (senzori etc.) împotriva tensiunilor înalte anormale (impulsuri de curent continuu sau aleatorii) în linia de alimentare sau de măsurare. Tot ceea ce depășește tensiunea de stabilizare a dispozitivului semiconductor este "tăiat". Un astfel de circuit se numește "barieră Zener".
În trecut, proprietatea unei bariere Zener de a "tăia" vârfurile de tensiune a fost utilizată pe scară largă în circuitele de modelare a impulsurilor. În circuitele de curent alternativ, au fost utilizate dispozitive cu două canale.
Dar odată cu dezvoltarea tehnologiei tranzistorului și apariția circuitelor integrate, acest principiu a fost rar folosit.
Dacă nu aveți la îndemână un regulator cu tensiunea corectă, acesta poate fi alcătuit din două tensiuni. Tensiunea totală de stabilizare va fi egală cu suma celor două tensiuni.
Important! Stabilitronii nu trebuie conectați în paralel pentru a crește curentul de funcționare! Variația caracteristicilor tensiune-tensiune va duce la defectarea termică a unui stabilizator, apoi al doilea va ceda din cauza curentului de sarcină excesiv.
Deși documentația tehnică din perioada sovietică permite paralel conexiune paralelă a În epoca sovietică este permisă conectarea în paralel a zerourilor, dar cu condiția ca dispozitivele să fie de același tip și ca puterea totală disipată în timpul funcționării să nu depășească puterea admisă pentru un singur stabilizator. Cu alte cuvinte, nu se poate obține o creștere a curentului de funcționare în aceste condiții.
Un circuit diferit este utilizat pentru a crește curentul de sarcină admisibil. Regulatorul parametric este completat de un tranzistor pentru a crea un repetor de emitor cu o sarcină în circuitul de emitor și o stabilă tensiune la baza tranzistorului.
În acest caz, tensiunea de ieșire a regulatorului va fi mai mică decât stabilizarea U cu valoarea căderii de tensiune la joncțiunea emițătorului - pentru un tranzistor de siliciu aproximativ 0,6 V. Pentru a compensa această reducere, o diodă poate fi conectată în serie cu stabilizatorul în direcția înainte.
În acest fel (prin includerea uneia sau mai multor diode), tensiunea de ieșire a regulatorului poate fi ajustată în sus în limite mici. Dacă este nevoie de un Uv radical mai mare, este mai bine să includeți o altă diodă în serie.
Domeniul de aplicare al stabilizatorului în circuitele electronice este vast. Printr-o abordare conștientă a alegerii acestui dispozitiv semiconductor, acesta va ajuta la rezolvarea multor sarcini stabilite pentru proiectant.
Articole conexe:
