Символ стабилитрона очень похож на символ стандартного диода с pn-переходом, единственное изменение — изогнутые края на вертикальных полосах. Символ стабилитрона состоит из анодной и катодной клемм. Анодная клемма – это клемма +ve, а катодная клемма – клемма –ve. Он работает в двух направлениях: с прямым смещением и с обратным смещением. В основном используется в режиме обратного смещения.
При обратном смещении обычные кремниевые диоды прекращают протекание тока и разрушаются, когда обратное напряжение слишком велико. Поэтому эти диоды никогда намеренно не включаются в зону повреждения.
С другой стороны, стабилитроны уникальны. Они специально изготовлены для безотказной работы в зоне поломки. Поэтому стабилитроны иногда называют пробойными.
I. Что такое стабилитрон?
Стабилитрон — это разновидность диода с PN-переходом, который может проводить прямой и обратный ток. Он содержит сильно легированные области, которые в основном используются для проведения тока в обратном направлении. Когда обратное напряжение превышает определенный предел, называемый обратным пробоем или напряжением пробоя стабилитрона, оно начинает проводиться в другую сторону.
В отличие от обычных диодов, стабилитроны могут и специально предназначены для работы в области обратного пробоя. В зоне пробоя напряжение на устройстве остается постоянным при изменении тока.
Характеристики стабилитрона
Напряжение пробоя: Напряжение пробоя варьируется от 2,4 В до 200 В.
Ток (Макс.) Iz: это максимальный ток при номинальном напряжении Зенера, диапазон Vz составляет от 200 микроампер до 200 ампер.
Ток Iz (мин): Минимальная величина тока, необходимая для выхода из строя диода.
Номинальная мощность: это максимальная мощность, которую может рассеивать диод. Это напряжение и ток, протекающие через диод.
Стабильность температуры: 5 В необходимо для оптимальной температурной стабильности диода.
2. Что такое символ стабилитрона?
Ток в стабилитроне проходит от анода к катоду и от катода к аноду. Символ стабилитрона такой же, как стандартный символ диода с pn-переходом, но с изогнутыми краями на вертикальных полосах.
Символ стабилитрона на принципиальной схеме
3. Принципиальная схема стабилитрона
Принципиальная схема стабилитрона представлена на рисунке ниже. Для обратного смещения используйте стабилитрон. Обратное смещение означает подключение материала диода n-типа к положительной клемме источника питания, а материала P-типа к отрицательной клемме источника питания. Поскольку диод состоит из сильнолегированного полупроводникового материала, область обеднения очень узкая.
Как работает стабилитрон?
При использовании в цепи с прямым смещением стабилитрон ведет себя как любой другой диод. Когда схема смещена в обратном направлении, ток прекращается до тех пор, пока не будет достигнуто напряжение стабилитрона. Эта функция важна, поскольку она обеспечивает надежное управление напряжением при прохождении больших токов. Напряжение Зенера можно точно настроить по мере необходимости путем легирования устройства.
Хотя вольт-амперная характеристика (ВАХ) стабилитрона аналогична кривой обычного диода с pn-переходом, на ВАХ стабилитрона имеются три отдельные области.
Рисунок 2. ВАХ стабилитрона и принципиальная схема стабилизатора напряжения с использованием стабилитрона.
Область прямого смещения определяется как область, в которой приложенное напряжение смещено в прямом направлении и устройство позволяет протекать току прямого смещения. Приложенное напряжение вызывает обратное смещение в области обратного смещения, а также ток, который значительно возрастает в области пробоя после того, как приложенное напряжение превышает напряжение Зенера.
Принцип работы стабилитрона включает в себя три различных явления.
При обратном напряжении смещения стабилитронный пробой происходит раньше лавинного пробоя. Зенеровский пробой происходит, когда электроны квантово туннелируют над обедненной областью диода, а лавинный пробой происходит, когда неосновные носители в обедненной области сталкиваются с другими атомами, образуя новые носители.
Напряжение пробоя, при котором в диоде возникает обратный ток смещения, называется напряжением Зенера. Пороговое напряжение — это точка, в которой приложенное электрическое поле становится достаточно сильным, чтобы обеспечить энергию, необходимую для квантового туннелирования электронов через запрещенные в противном случае места.
Вообще говоря, стабилитроны полезны в схемах с обратным смещением. Стабилитрон ведет себя как любой другой диод в состоянии прямого смещения.
V. Как проверить стабилитрон?
На рисунке 2 также изображена базовая конструкция стабилитрона в стабилизаторе напряжения. Эту схему можно использовать для проверки и определения характеристик напряжения Зенера устройства. Измерьте выходное напряжение Зенера, подав входное напряжение на стабилитрон и проверив нагрузочный резистор с помощью вольтметра или аналогичного устройства. Резистор, включенный последовательно с входом напряжения, контролирует входной ток. Напряжение, измеренное на нагрузке, является напряжением Зенера. Если предположить, что ток обратного смещения не превышает тепловой предел устройства, диод может пропускать большой ток, сохраняя при этом стабильное напряжение на нагрузке.
6. Разница между лавинным пробоем и пробоем Зенера
Лавинный пробой вызван столкновениями между электронами в области обеднения, а зенеровский пробой вызван сильными электрическими полями.
В слаболегированных диодах с P-N переходом происходит лавинный пробой, а в существенно легированных диодах с P-N переходом — стабилитрон.
Диод не может вернуться в исходное положение после лавинного пробоя, но может вернуться в исходное положение после пробоя стабилитрона.
При зинеровском пробое электрическое поле в области обеднения больше, чем при лавинном пробое.
Лавинный пробой производит две пары дырок и электронов, тогда как пробой Зенера производит только электроны из-за сильного электрического поля.
Лавинный пробой вызван высоким обратным напряжением, а стабилитронный пробой – низким обратным напряжением.
Лавинный пробой имеет положительный температурный коэффициент, что означает, что он увеличивается с повышением температуры, а пробой Зенера имеет отрицательный температурный коэффициент, что означает, что он уменьшается с повышением температуры.
По сравнению с лавинным пробоем, характеристика V-I пробоя Зенера имеет более сильную кривую.
7. ВАХ стабилитрона
Характеристика V-I, также известная как вольт-амперная характеристика, представляет собой график, описывающий изменение тока в зависимости от напряжения, приложенного к переходу. ВАХ стабилитронов делятся на два типа: прямые характеристики и обратные характеристики. Давайте изучим их подробно.
7.1 Форвардные характеристики
Характеристика прямого смещения стабилитрона показана в первом квадранте на рисунке выше. На рисунке ясно видно, что характеристики прямого смещения стабилитрона такие же, как и у типичного диода с PN-переходом, т. е. увеличение напряжения вокруг выводов увеличивает ток, протекающий через цепь. Однако из-за повышенной концентрации легирующих примесей в стабилитроне величина тока, протекающего через него, больше, чем у типичного PN-диода.
7.2 Обратная характеристика
Когда стабилитрон смещен в обратном направлении, первоначально через цепь протекает лишь небольшой ток утечки из-за выделения тепла от небольшого количества носителей заряда, но когда приложенное обратное напряжение дополнительно увеличивается до определенного значения обратного напряжения. , наблюдается пробой и резкое увеличение обратного тока. Напряжение Зенера (Vz) — это значение обратного напряжения, при котором происходит пробой, а эффект Зенера — эффект пробоя. Ток через стабилитрон может быть ограничен внешним резистором. Напряжение (В), протекающее через диод, можно количественно оценить по следующей формуле:
В=Вз+ИзРз
Где Vz — напряжение пробоя Зенера, Iz — ток, текущий через стабилитрон, а Rz — сопротивление стабилитрона.
8. Преимущества стабилитронов
Стабилитроны стоят недорого.
Он сохраняет входное напряжение стабильным и регулируемым.
Он имеет простую схему и очень совместим.
Обычно используется для защиты электронного оборудования от перенапряжения в цепях.
На выходной клемме он обеспечивает постоянное напряжение.
Он контролирует перегрузку по току в цепи.
Он работает как ограничитель формы сигнала.
9. Недостатки стабилитронов
Стабилитрон подает большее обратное напряжение, чтобы сбалансировать избыточное входное напряжение, тратя при этом много энергии.
Поскольку эффективность стабилитронов снижается при больших токах нагрузки, стабилитроны не подходят при слишком большом токе нагрузки.
Выходное напряжение незначительно меняется из-за стабилитрона.
Эта схема имеет высокое внутреннее сопротивление.
Для регулирования напряжения транзисторы лучше, чем стабилитроны, поскольку у них более высокий динамический диапазон.
Мы не можем изменить выходное напряжение, поскольку напряжение Зенера равно выходному напряжению (Vo=Vz).
11. Применение стабилитрона
Основные области применения стабилитронов следующие:
схема клиппера
преобразование напряжения
регулирование напряжения
Защита от перенапряжения
12. Стабилитрон в качестве регулятора напряжения.
Регуляторы напряжения предназначены для поддержания постоянного напряжения нагрузки, несмотря на переменный ток нагрузки и напряжение питания. Для стабилитронов напряжение стабилитрона обеспечивает контроль напряжения. В режиме обратной проводимости стабилитрон поддерживает постоянное напряжение на своих выводах, изменяя при этом ток, протекающий через него. Следовательно, напряжение на параллельной нагрузке остается постоянным.
в заключение
При прямом смещении стабилитрон действует как простой диод (проводит).
Стабилитрон может действовать как переключатель (выключаться) при обратном смещении по отношению к напряжению Зенера (VZ).
От напряжения Зенера (VZ) до лавинного пробоя выходной сигнал стабилитрона практически постоянен и равен напряжению Зенера (VZ).
При работе в режиме стабилитрона небольшие изменения входного напряжения вызывают быстрое увеличение тока стабилитрона (IZ), который можно уменьшить с помощью последовательного резистора (RS).
Источники питания, стабилизаторы напряжения, схемы защиты и формирователи сигналов — наиболее типичные области применения стабилитронов.
Обычно рекомендуется изучить паспорт стабилитрона, чтобы определить его номинальные характеристики, прежде чем использовать его для определения его номинальных характеристик на основе конструктивных требований.