Справочные данные стабилитронов: маркировка и ВАХ диода Зенера

Другое освещение

Способы включения – последовательное и параллельное

Для импортированных деталей в сопроводительных документах не указаны ситуации, в которых возможно последовательное или параллельное соединение. В документации на домашние эталонные диоды можно найти две инструкции:

  • В устройствах малой и средней мощности любое количество одиночных стабилитронов может быть подключено последовательно или параллельно.
  • В устройствах средней и большой мощности любое количество стабилизирующих диодов одной серии может быть включено последовательно. При параллельном подключении необходимо произвести расчеты. Суммарная рассеиваемая мощность всех параллельно включенных стабилитронов не должна превышать рассеиваемую мощность одной части.

Допускается последовательное включение эталонных диодов разных серий, если рабочие токи создаваемой цепи не превышают номинальные токи стабилизации для каждой серии, установленной в цепи.

На практике для увеличения напряжения стабилизации часто используется последовательное соединение двух или трех стабилитронов. Эта мера применяется в том случае, если не удалось получить деталь на необходимое напряжение или необходимо создать высоковольтный стабилитрон. При последовательном соединении напряжения отдельных ячеек складываются. В основном такой тип подключения используется при сборке высоковольтных стабилизаторов.

Параллельное соединение деталей служит для увеличения силы тока и мощности. Однако на практике такой тип подключения применяется редко, поскольку разные образцы эталонных диодов, даже одного типа, не имеют точно одинаковых стабилизирующих напряжений. Следовательно, при параллельном включении разряд будет происходить только в той части, которая имеет наименьшее напряжение стабилизации, а в остальном пробоя не будет. В случае неисправности некоторые стабилитроны в этой цепи будут работать с недогрузкой, а другие — с перегрузкой.

Для стабилизации переменного напряжения стабилитроны включены последовательно и встречно. В первом полупериоде синусоиды переменного тока один элемент работает как обычный диод, а второй — как стабилитрон. Во второй половине года элементы меняются на функции. Форма волны выходного напряжения отличается от входного. Его конфигурация напоминает трапецию. Это связано с тем, что напряжение, превышающее напряжение стабилизации, будет отключено и верхние части синусоиды будут обрезаны. Последовательное и встречное подключение стабилитронов можно использовать в термостабилизированном стабилитроне.

Указание паспортных характеристик

Также они являются основными показателями отечественных и импортных стабилитронов, которым необходимо руководствоваться при выборе стабилитрона для конкретной электронной схемы.

  1. UCT — указывает, какое номинальное значение модуль способен стабилизировать.
  2. ΔUCT используется для определения диапазона возможного отклонения входного тока как безопасного демпфирования.
  3. ICT — параметры тока, который может протекать при подаче на модуль номинального напряжения.
  4. ICT.MIN — показывает наименьшее значение, которое может пройти через стабилизатор. В этом случае напряжение, протекающее через диод, будет в диапазоне UCT ± ΔUCT.
  5. ICT.MAX — модуль не выдерживает напряжения выше этого значения.

На фото ниже классический вариант. Обратите внимание, что прямо на корпусе показано, где расположены анод и катод. Черная (реже серая) полоса проводится по кругу, который находится сбоку от катода. Противоположная сторона — анод. Этот метод применяется как для отечественных, так и для импортных диодов.

Отметьте положение катода и анода
Отметьте положение катода и анода

Как правильно подобрать стабилитрон?

Стабилитроны — стабилизаторы малой мощности. Следовательно, они должны быть выбраны так, чтобы весь ток нагрузки плюс минимальный ток стабилизации мог проходить через них без перегрева.

Для правильного выбора стабилитрона для электрической схемы необходимо знать следующие параметры: минимальное и максимальное входное напряжение, выходное напряжение, минимальный и максимальный ток нагрузки. Напряжение стабилизации стабилитрона равно выходному напряжению. А для расчета максимального тока, который может пройти через стабилитрон в конкретной цепи и рассеиваемой мощности при максимальном токе, лучше воспользоваться онлайн-калькулятором.

Как отличить стабилитрон от обычного диода

Оба этих элемента имеют схожее обозначение на схеме. На практике отличить стабилитрон от обычного диода и даже узнать его номинал, если оно не более 35 В, можно с помощью розетки на мультиметре.

Схема атаки мультиметра
Схема атаки мультиметра

Для реализации генератора с широтно-импульсной модуляцией используется специализированная микросхема MC34063. Для обеспечения гальванической развязки между СН и измерительной частью цепи контролируется напряжение на первичной обмотке трансформатора. Это позволяет сделать выпрямитель на VD2. Точка стабилизации выходного напряжения устанавливается с помощью резистора R3. Напряжение на конденсаторе C4 составляет примерно 40 В. Стабилизатор тока A2 и тестируемый опорный диод составляют параметрический стабилизатор, а мультиметр, подключенный к клеммам схемы, позволяет определять напряжение стабилитрона.

Если диод подключен с обратной полярностью (анод на «-», а катод на «+»), то мультиметр для обычного диода покажет 40 В, а для стабилитрона — стабилизирующее напряжение.

Для определения работоспособности стабилитрона с известным номиналом используется простая схема, состоящая из блока питания и токоограничивающего резистора на 300… 500 Ом. В этом случае с помощью мультиметра определяется не сопротивление перехода, а напряжение. Элементы включаются, как показано на схеме, и измеряется напряжение на стабилитроне.

Схема определения КПД стабилитрона

Медленно увеличивайте напряжение источника питания. При значении напряжения стабилизации напряжение на стабилитроне должно перестать расти. Если это произошло, значит, товар в хорошем состоянии. Если при последующем повышении напряжения ИП диод не начинает стабилизироваться, значит, он работает некорректно.

Маркировка SMD стабилитронов

Чаще всего используются эталонные диоды в стеклянном корпусе и в трехпроводном пластиковом корпусе. Маркировка SMD стабилитрона в стеклянном корпусе состоит из цветного кольца, цвет которого указывает на параметры этого полупроводникового прибора.

Стабилитрон SMD в стеклянном корпусе

Если вы встретите стабилитрон SMD с тремя контактами, вы должны знать, что один контакт является «фиктивным», то есть он не используется, а используется только для надежной фиксации элемента на печатной плате после пайки. Анод и катод этого экземпляра легче определить с помощью мультиметра.

Стабилитрон SMD с тремя выходами

Встречное, параллельное, последовательное соединение стабилитронов

Для увеличения напряжения стабилизации можно последовательно соединить два и более стабилитрона. Например, на нагрузке необходимо получить 17 В, поэтому при отсутствии необходимой мощности используются опорные диоды на 5,1 В и 12 В.

Параллельное соединение используется для увеличения тока и мощности.

Стабилитроны также используются для стабилизации переменного напряжения. В этом случае они подключаются последовательно и наоборот.

В одном полупериоде переменного напряжения один стабилитрон работает, а второй работает как обычный диод. Во второй половине цикла полупроводниковые элементы выполняют противоположные функции. Однако в этом случае форма выходного напряжения будет отличаться от входного и будет иметь вид трапеции. Из-за того, что эталонный диод отсечет напряжение, превышающее уровень стабилизации, верхние части синусоиды будут обрезаны.

Принцип действия

Стабилитрон был открыт американским физиком Кларенсом Мелвином Зенером, в честь которого он был назван. Электрический разрыв p-n перехода может быть вызван туннельным разрывом (в этом случае разрыв называется разрывом Зенера), лавинным разрывом, разрывом из-за тепловой нестабильности, возникающей из-за деструктивного саморазогрева токов рассеяния.

И инженеры проектируют эти элементы таким образом, чтобы возникновение туннелей и / или лавинных отказов происходило задолго до того, как в них возникнет возможность теплового отказа.

Величина напряжения пробоя зависит от концентрации примесей и способа легирования pn перехода. Чем выше концентрация примесей и больше их градиент в переходе, тем ниже обратное напряжение, при котором образуется разрыв.

  • Туннельный разрыв (стабилитрон) возникает в полупроводнике, когда напряженность электрического поля в pn-зоне составляет 106 В / см. Такое высокое напряжение может возникать только в высоколегированных диодах. При пробивных напряжениях в диапазоне 4,5… 6,7 В туннельный и лавинный эффекты сосуществуют, но при напряжении пробоя ниже 4,5 В сохраняется только туннельный эффект.
  • В стабилитронах с низким уровнем легирования или меньшими градиентами легирующих добавок присутствует только механизм лавинного пробоя, который проявляется при напряжении пробоя примерно 4,5 В. А при напряжении выше 7,2 В сохраняется только лавинный эффект и туннель эффект полностью пропадает.

Как уже было сказано выше, при прямом включении стабилитрон при прямом включении ведет себя так же, как и обычный диод — пропускает ток. Различия между ними возникают при повторном подключении.

Обычный диод при обратном подключении блокирует ток, а стабилитрон, когда обратное напряжение достигает значения, называемого стабилизирующим напряжением, начинает пропускать ток в противоположном направлении. Это связано с тем, что когда на стабилитрон подается напряжение, превышающее Uном устройства, в полупроводнике происходит процесс, называемый пробоем.

Неисправность может быть туннельной, лавинной, термической. Из-за пробоя ток, протекающий через стабилитрон, возрастает до максимального значения, ограниченного резистором. После достижения напряжения пробоя ток остается примерно постоянным в широком диапазоне обратных напряжений. Точка, в которой напряжение начинает ток, может быть очень точно установлена ​​в процессе изготовления сплава. Таким образом, каждому элементу присваивается определенное напряжение пробоя (стабилизации).

Стабилитрон используется только в режиме «обратного смещения», т.е его анод подключен к «-» источника питания. Способность стабилитрона активировать обратный ток при достижении напряжения пробоя используется для регулирования и стабилизации напряжения при изменении напряжения питания или подключенной нагрузки. Использование стабилитрона дает возможность обеспечить постоянное выходное напряжение для подключенного потребителя при падении напряжения источника питания или изменении тока потребителя.

Мощность рассеивания стабилитрона

Мощность рассеивания стабилитрона Pst характеризует его способность длительное время не перегреваться выше определенной температуры. Чем выше значение Pst, тем больше тепла может рассеять полупроводниковый прибор. Рассеиваемая мощность рассчитывается для наиболее неблагоприятных условий эксплуатации устройства, поэтому максимально возможное значение Uin и наименьшие значения Rb и In подставляются в следующую формулу:

Формула рассеяния мощности на стабилитроне

Для этого параметра существует несколько стандартных значений: 0,3 Вт, 0,5 Вт, 1,3 Вт, 5 Вт и т.д. Чем больше число Pst, тем больше размер полупроводникового прибора.

Как отличить стабилизационный диод от обычного полупроводника

Довольно часто люди задаются вопросом, как можно отличить стабилитрон от стандартного полупроводника, ведь, как мы выяснили ранее, оба этих элемента имеют практически идентичные обозначения на электрической схеме и могут выполнять аналогичные функции.
Самый простой способ отличить стабилизированный полупроводник от обычного — использовать схему подключения мультиметра. С его помощью можно не только отличить оба элемента друг от друга, но и определить напряжение стабилизации, которое характерно для данного smd (если, конечно, оно не превышает 35 В).
Схема подключения мультиметра представляет собой преобразователь постоянного тока в постоянный, в котором между входом и выходом имеется гальваническая развязка. Эта диаграмма выглядит так:

Крепление для мультиметра

Схема атаки мультиметра

В нем генератор с широтно-импульсной модуляцией работает на специальной микросхеме MC34063, и для создания гальванической развязки между измерительной частью схемы и источником питания необходимо снять управляющее напряжение с первичной обмотки трансформатора. Для этого есть выпрямитель VD2. В этом случае значение выходного напряжения или тока стабилизации устанавливается подбором резистора R3. На конденсаторе С4 сбрасывается напряжение около 40В.
В этом случае тестируемый VDX smd и стабилизатор тока А2 образуют параметрический стабилизатор. Мультиметр, подключенный к клеммам X1 и X2, будет измерять напряжение на этом стабилитроне.

При подключении катода к «-» и анода к «+» диода, а также к несимметричному smd мультиметра последний будет показывать небольшое напряжение. При подключении с обратной полярностью (как на схеме), то в ситуации с обычным полупроводником прибор зарегистрирует напряжение около 40 В.

Примечание! Для симметричного SMD напряжение пробоя будет появляться при любой полярности подключения.

Здесь трансформатор T1 будет намотан на ферритовый тороидальный сердечник с внешним диаметром 23 мм. Такая обмотка 1 будет содержать 20 витков, а вторая обмотка — 35 витков провода 0,43 ПЭВ. В этом случае при намотке важно раскатывать один виток на другой. При этом следует помнить, что первичная обмотка идет на одну часть кольца, а вторая — на другую.

При настройке устройства подключите резистор вместо smd VDX. Это сопротивление должно быть 10 кОм. И резистор R3 нужно подбирать так, чтобы на конденсаторе С4 получалось напряжение 40 В
Таким образом вы сможете узнать, стабилитрон у вас или обычный.

Обозначения работы элемента электросхемы

Схематические символы

Схематическое обозначение стабилитрона

Поскольку стабилитрон — это особый диод, то его обозначение от них не отличается. Схематично smd обозначается так:

Стабилитрон, как и диод, имеет катодную и анодную часть. По этой причине бывает прямое и обратное включение этого элемента.

Включение в схему

Включение стабилитрона

На первый взгляд включение такого диода некорректно, ведь его нужно подключать «наоборот». В ситуации, когда на smd подается обратное напряжение, наблюдается явление «отказа». В результате напряжение между его выводами остается неизменным. Следовательно, он должен быть подключен последовательно с резистором, чтобы ограничить ток, протекающий через него, что обеспечит падение «избыточного» напряжения с выпрямителя.

Читайте также: Корпуса транзисторов для поверхностного монтажа: что такое белый SMD компонент

Примечание! Каждый диод, предназначенный для стабилизации напряжения, имеет собственное напряжение «пробоя» (стабилизации), а также имеет свой рабочий ток.

Благодаря тому, что такими характеристиками обладает каждый стабилитрон, можно рассчитать номинал резистора для него, который будет включаться последовательно с ним. Для импортных стабилитронов их напряжение стабилизации представлено в виде маркировки, нанесенной на корпус (стеклянный или нет). Обозначение таких smd-диодов всегда начинается с BZY . или BZX .., а их напряжение пробоя (стабилизации) обозначается буквой V. Например, обозначение 3V9 означает 3,9 вольта.

Примечание! Минимальное напряжение для стабилизации этих элементов — 2 В.

Подробно о цветовой маркировке стабилизирующего диода

Маркировка стабилитронов

Маркировка стабилитронов

Любой диод (стабилитрон и т.д.) на корпусе имеет специальную маркировку, которая показывает, из какого материала был изготовлен каждый конкретный полупроводник. Такая маркировка может иметь следующий вид:

  • буква или цифра;
  • письмо.

Кроме того, маркировка отражает электрические свойства и назначение устройства. Обычно за это отвечает номер. Буква, в свою очередь, отражает соответствующий тип устройства. Кроме того, в маркировке указывается дата изготовления и символ продукта.
Цельный тип smd часто содержит полную маркировку. В такой ситуации на корпусе изделия присутствует условный код, указывающий на тип микросхемы. Пример расшифровки нанесенной на корпус кодовой маркировки микросхем представлен на рисунке:

Маркировка чипа

Пример маркировки микросхемы

Кроме того, есть еще и цветовая кодировка. Он бывает нескольких разновидностей, но наиболее часто используется японский бренд (JIS-C-7012). Цветовая кодировка показана в таблице ниже.

Виды стабилитронов

На рынке современной электроники представлен широкий ассортимент стабилитронов, адаптированных к конкретным приложениям.

Прецизионные

Эти устройства обеспечивают высокую стабильность выходного напряжения. К ним предъявляются дополнительные требования по временной нестабильности напряжения и коэффициенту температурного напряжения. К прецизионным устройствам относятся:

  • Температурная компенсация. Схема термокомпенсированного стабилитрона включает последовательно включенный стабилитрон с номинальным напряжением 5,6 В (с положительным значением температурного коэффициента) и диод прямого свечения (с отрицательным коэффициентом). При последовательном соединении этих элементов температурные коэффициенты взаимно компенсируются. Вместо диода в схеме можно использовать второй стабилитрон, включенный последовательно и встречно.
  • Со скрытой структурой. В обычном стабилитроне ток пробоя сосредоточен в слое кремния у поверхности, где обнаруживается максимальное количество примесей и дефектов кристаллической решетки. Эти конструктивные недостатки приводят к нестабильному шуму и работе. В деталях со скрытой структурой ток пробоя «заводится» в кристалл, образуя глубокий островок p-типа проводимости.

Быстродействующие

Для них характерны: низкое значение барьерной способности, всего несколько десятков пикофарад, и небольшой период переходного процесса (наносекунды). Эти характеристики позволяют эталонному диоду ограничивать и стабилизировать импульсы переходного напряжения.

Стабилизирующие диоды могут быть предназначены для стабилизации напряжений от нескольких вольт до нескольких сотен вольт. Высоковольтные стабилитроны устанавливаются на специальные охлаждающие устройства, способные обеспечить необходимый теплообмен и защитить элемент от перегрева и последующего разрушения.

Составные стабилитроны

Составной стабилитрон — это устройство, применяемое в ситуациях, когда требуются токи и мощность выше разрешенных техническими условиями. В этом случае между диодом стабилизатора и нагрузкой включается буферный усилитель постоянного тока. В схеме коллекторный переход транзистора включен параллельно диоду-стабилизатору, а эмиттерный переход включен последовательно.

Обычная схема на композитном стабилитроне не предназначена для работы с постоянным током. Но добавление диодного моста превращает составной стабилитрон в систему двойного действия, которая может работать как с прямым, так и с обратным током. Такие стабилитроны еще называют двойными или двумя анодами. Стабилитроны, которые могут работать с напряжением только одной полярности, называются несимметричными. А составные стабилитроны, способные работать при любом направлении тока, называют симметричными.

Принцип функционирования стабилизационных диодов

Несмотря на то, что smd напоминает диод, это, по сути, другой элемент электрической схемы. Конечно, он может работать как выпрямитель, но обычно используется для стабилизации напряжения. Этот элемент способен поддерживать постоянное напряжение в цепи постоянного тока. Такой принцип его работы используется при питании различного радиооборудования.

Стабилитрон и диод

Стабилитрон и диод

Внешне smd очень похож на стандартный полупроводник. Сходство сохраняется в конструктивных особенностях. Но при обозначении такого радиотехнического элемента, в отличие от диода, в схему вставляют букву G.
Если не вникать в математические расчеты и физические явления, принцип работы smd будет достаточно понятным.

Примечание! При включении такого smd диода нужно соблюдать обратную полярность. Это означает, что соединение осуществляется как минимум со стороны анода.

Проходя через этот элемент, небольшое напряжение в цепи вызывает сильный ток. С увеличением обратного напряжения ток тоже увеличивается, только в этом случае его рост будет наблюдаться слабо. Когда он достигнет отметки, это может быть что угодно. Все зависит от типа устройства. При достижении отметки происходит «сбой». После успешного «пробоя» через smd начинает циркулировать очень важный обратный ток. Именно в это время начинается работа этого элемента до тех пор, пока он не превысит допустимый предел.

Регулируемые стабилитроны

При изготовлении стабилизированных источников питания необходимый стабилитрон может отсутствовать. В этом случае собирается схема стабилизированного стабилитрона.

Схема регулируемого стабилитрона

Требуемое напряжение стабилизатора диода подбирается с помощью резистора R1. Для настройки схемы вместо резистора R1 подключается переменный резистор 10 кОм. После получения нужного значения напряжения определяется полученное сопротивление и на постоянное место устанавливается резистор необходимого номинала. Для этой схемы можно использовать транзисторы КТ342А, КТ3102А.

Области применения

Основная область применения этих элементов — стабилизация постоянного напряжения в маломощных блоках питания или отдельных узлах, мощность которых не превышает десятков ватт. С помощью эталонных диодов обеспечивается нормальный режим работы транзисторов, микросхем, микроконтроллеров.

В стабилизаторах простой конструкции стабилитрон является одновременно источником опорного напряжения и стабилизатором. В более сложных конструкциях стабилитрон служит только источником опорного напряжения, а внешний силовой транзистор используется для регулирования мощности.

Стабилитроны с температурной компенсацией и детали со скрытой структурой необходимы в качестве дискретных и интегральных источников опорного напряжения. Для защиты электрооборудования от перенапряжения разработаны импульсные лавинные стабилитроны. Для защиты входов электрических устройств и затворов полевых транзисторов в схему устанавливают обычные маломощные стабилитроны. Полевые транзисторы с изолированным затвором (МДП) выполнены из кристалла, на котором расположены: защитный стабилитрон и силовой транзистор.

Основные характеристики

В паспорте диода стабилизатора указаны следующие параметры:

  • Номинальное напряжение стабилизации Uст. Этот параметр выбирается производителем устройства.
  • Диапазон рабочего тока. Минимальный ток: величина тока, при которой начинается процесс стабилизации. Максимальный ток — это значение, выше которого устройство разрушается.
  • Максимальная рассеиваемая мощность. В маломощных элементах это значение паспорта. В паспортах мощных стабилитронов для расчета условий охлаждения производитель указывает: предельно допустимую температуру полупроводника и коэффициент термического сопротивления корпуса.

Помимо параметров, указанных в паспорте, стабилитроны характеризуются и другими значениями, в том числе:

  • Дифференциальное сопротивление. Это свойство определяет нестабильность устройства по напряжению питания и току нагрузки. Первый недостаток устраняется за счет питания стабилизатора диода от источника постоянного тока, а второй за счет подключения буферного усилителя постоянного тока с эмиттерным повторителем между стабилитроном и нагрузкой.
  • Температурный коэффициент напряжения. По стандарту это значение равно отношению относительного изменения напряжения стабилизации к абсолютному изменению внешней температуры. В нетермостабилизированных стабилитронах при нагревании от + 25 ° C до + 125 ° C напряжение стабилизации смещается на 5-10% по сравнению с исходным значением.
  • Дрейф и шум. Эти характеристики не определены для обычных стабилитронов. Это очень важные свойства для прецизионных устройств. В обычных (неточных) стабилитронах шум создается большим количеством примесей и дефектов кристаллической решетки в области pn перехода. Методы снижения шума (при необходимости): защитная пассивация оксидом или стеклом (загрязнения направляются глубоко в кристалл) или путем перемещения самого pn перехода внутри кристалла. Второй способ более радикальный. Это требуется в малошумящих диодах со скрытой структурой.

Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Вольт-амперная характеристика стабилитрона аналогична ВАХ диода и имеет две ветви: прямую и обратную. Прямая ветвь работает для диода, а обратная ветвь характеризует работу стабилитрона, поэтому он включен в электрическую цепь в противоположном направлении (катод к плюсу и анод к минусу) по отношению к диоду. Поэтому я называю стабилитрон эталонным диодом, а блок питания с этим полупроводниковым элементом — источником эталонного напряжения. Мы также будем использовать эту терминологию.

На обратной ветви ВАХ эталонного диода выделим две характерные точки 1 и 3. Точка 1 соответствует минимальному току стабилизации, который находится в пределах миллиампер. Если ток, протекающий через стабилитрон, меньше точки 1, он не сможет выполнять свои функции (не откроется). Если ток превышает точку 3, эталонный диод перегреется и выйдет из строя. Следовательно, в большинстве случаев оптимальной точкой будет точка в середине обратной ветви ВАХ, то есть точка 2. Таким образом, когда ток изменяется в большом диапазоне (см. Ось Y), точка 2 изменит положение, перемещаясь вверх или вниз по обратной ветви, и напряжение немного изменится (см. Ось X).

Оцените статью
Блог про электронику