Стабилитрон. Принцип действия. Маркировка





Стабилитрон еще называют опорным диодом. Предназначены стабилитроны для стабилизации выходного напряжения при колебания входного или при изменении величины нагрузки (рис. 1).

Функциональная схема работы стабилитрона

Рис. 1 – Функциональная схема работы стабилитрона

Например, если на нагрузке нужно получить 5 В, а напряжение источника питания колеблется в пределах 9 В. Чтобы снизить и стабилизировать напряжение, подводимое от источника питания, до необходимых 5 В применяют стабилитроны. Конечно, можно применять и стабилизаторы напряжения, в данном случае подойдут LM7805 или 78L05. Однако, применение их не всегда оправдано, поэтому в ряде случаев используют стабилитроны.

Внешне они похожи на диоды и имею вид, показанный на рис. 2.

Стабилитроны. Внешний вид

Рис. 2 – Внешний вид стабилитронов

Обозначение стабилитронов на схемах приведено на рис. 3.

Рис. 3 – Условное графическое обозначение стабилитронов на схемах

Рис. 3 – Условное графическое обозначение стабилитронов на схемах

Принцип действия стабилитрона

Теперь давайте разберемся каким образом стабилитрон выполняет стабилизацию напряжение.

Основной характеристикой стабилитрона, впрочем, как и диода, является вольтамперная характеристика (ВАХ). Она показывается зависимость величины тока, протекающего через стабилитрон, от величины приложенного к нему напряжения (рис. 4).

ВАХ стабилитрона имеет две ветви.

ВАХ стабилитрона

Рис. 4 – ВАХ стабилитрона

Прямая ветвь стабилитрона практически не отличается от прямых ветвей обычных диодов и для последних она же будет рабочей.

Нормальный режим работы стабилитрона является когда он находится под обратным напряжением. Поэтому для него рабочей будет обратная ветвь. Она расположена практически параллельно оси обратных токов. На этой кривой характерными есть две точки: 1 и 2 (рис. 4), между ними находится рабочая область стабилитрона.



При некоторой величине обратного напряжения Uст наступает электрический пробой pn перехода стабилитрона и через наго протекает уже значительный ток. Однако при изменении в широких пределах тока от значения Imin до Imax падение напряжения на стабилитроне Uст практически не изменяется (рис. 4). Благодаря этому свойству и осуществляется стабилизация напряжения.

Если ток, протекающий через стабилитрон, превысит значение Imax, то произойдет перегрев полупроводниковой структуры, наступит тепловой пробой и стабилитрон выйдет из строя.

Схема включения стабилитрона

К источнику питания Uип стабилитрон подключается через токоограничивающий резистор Rогр, который служит для ограничения тока, протекающего через стабилитрон, а также совместно с ним образует делитель напряжения (рис. 5).

Схема включения стабилитрона

Рис. 5 – Схема включения стабилитрона

Обратите внимание, в отличие от диода стабилитрон подключается в обратном направлении, т. е. на катод подается «+» источника питания, а на анод «-».

Параллельно к выводам стабилитрона подключается нагрузка Rн, на зажимах которой требуется поддерживать стабильное напряжение.

Процесс стабилизации напряжения заключается в следующем. При увеличении напряжения источника питания возрастает общий ток цепи I, а следовательно и ток Iст, протекающий через стабилитрон VD, а также увеличивается падение напряжения на токоограничивающем резисторе Rогр. При этом напряжение на стабилитроне и соответственно на нагрузке остается почти неизменным.

При изменении сопротивления нагрузки, происходит перераспределение общего тока I между стабилитроном и нагрузкой, а величина напряжения на них практически не меняется.

Если напряжение на нагрузке больше напряжения стабилизации стабилитрона, то применяют несколько последовательно включенных стабилитронов. Например, если необходимо получить 10 В стабильного напряжения, то за неимением нужного стабилитрона, можно включить последовательно два стабилитрона по 5 В (рис. 6).

Последовательное соединение стабилитронов

Рис. 6 – Последовательное соединение стабилитронов

Также стабилитроны успешно используются в системах автоматики в качестве датчиков, реагирующих на изменение напряжения. Например, если величина напряжения превысит определенное значение, то стабилитрон откроется и через катушку реле будет протекать ток. В результате реле сработает и даст команду другим устройствам либо просто просигнализирует о превышении некоторого уровня напряжения.

Помимо стабилизации постоянного напряжения, с помощью стабилитронов можно стабилизировать и переменное напряжения. Для этого используют последовательное встречное включение двух стабилитронов (рис. 7).

Схема включения стабилитрона на переменное напряжение

Рис. 7 – Схема включения стабилитрона на переменное напряжение

Только на выходе будет не идеальная синусоида, а со срезанными верхами, т. е. форма напряжения будут приближена к трапеции (рис. 8, 9).

Осциллограмма входного напряжения

Рис. 8 – Осциллограмма входного напряжения

Осциллограмма напряжения на стабилитроне

Рис. 9 – Осциллограмма напряжения на стабилитроне

Маркировка стабилитронов

Применяются несколько способом маркировки стабилитронов. Стабилитроны в стеклянному корпусе, имеющие гибкие выводы, маркируются самым понятным способом. Как правило на корпус наносятся цифры, разделённые латинской буквой «V». Например, 4V7 обозначает, что напряжение стабилизации 4,7 В; 9V1 – 9,1 В и так далее (рис. 10).

Маркировка стабилитронов в стеклянных корпусах

Рис. 10 – Маркировка стабилитронов в стеклянных корпусах

Стабилитроны в пластиковом корпусе имеют маркировку в виде цифр и букв. Сами по себе эти цифры ни о чем не говорят, однако, с помощью даташита их можно легко расшифровать. Например обозначение 1N5349B означает, что напряжение стабилизации 12 В (рис. 11). Кроме напряжения такая маркировка учитывает и другие параметры стабилитрона.

Маркировка стабилитронов в пластиковых корпусах

Рис. 10 – Маркировка стабилитронов в пластиковых корпусах

Черное либо серое кольцо, нанесенное на корпус стабилитрона, обозначает его катод (рис. 12).

Маркировка стабилитронов

Рис. 12 – Маркировка стабилитронов

Маркировка smd стабилитронов

В качестве маркировка smd стабилитронов применяются цветные кольца. Подобная маркировка применяется также для советские не smd стабилитронов. В импортных стабилитронах цветное кольцо наносится со стороны катода (рис. 13). Для расшифровки цветных колец используют даташити или онлайн расшифровщики.

SMD стабилитрон в стеклянном корпусе

Рис. 13 – SMD стабилитрон в стеклянном корпусе

Еще изготавливаются smd стабилитроны с тремя выводами (рис. 14). Один из них не задействован. Эти выводы можно определить с помощью мультиметра.

SMD стабилитрон с тремя выводами

Рис. 14 – SMD стабилитрон с тремя выводами

Как проверить стабилитрон

При отсутствии справочника, даташита или нечеткой маркировки номинальное напряжение стабилитрона можно определить опытным путем. Сначала с помощью мультиметра нужно узнать соответствующие выводы и подключить стабилитрон через токоограничивающий резистор (см. рис. 5). Затем подать напряжение от регулируемого источника питания. Плавно изменяя подведенное напряжение нужно следить за изменение напряжения на стабилитроне. Если при изменении величины напряжения источника питания напряжение на стабилитроне не изменяется, то это и будет его напряжение стабилизации.

Выводы стабилитрона определяются точно также, как и диода. Мультиметр следует установить в режим прозвонки и коснуться щупами соответствующий выводов (рис. 15, 16).

Как проверить стабилитрон

Рис. 15 – Прямое напряжение

Как прозвонить стабилитрон

Рис. 16 – Обратное напряжение

Мощность рассеивания стабилитронов

Под действием протекающего тока через стабилитрон он нагревается. Выделившееся тепло рассеивается в окружающее пространство. Чем больше стабилитрон способен рассеять тепла не перегреваясь, тем выше его мощность рассеивания и тем больший ток можно пропустить через него. Как правило, чем больше габариты стабилитрона, тем большая у него мощность рассеяния (рис. 17).

Мощность рассеивания стабилитронов

Рис. 17 – Мощность рассеивания стабилитронов

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *