A szilárdtest-diódáknak számos "foglalkozása" van. Egyenirányíthatja a feszültséget, leválaszthatja az elektromos áramköröket, megvédheti a berendezéseket a nem megfelelő tápellátástól. Van azonban egy nem teljesen normális "működése" a diódának, amikor a dióda egyirányú vezetési tulajdonságát nagyon közvetve használják ki. Stabilizátornak nevezzük azt a félvezető eszközt, amelynek normál működési módja a fordított előfeszítés.
Tartalomjegyzék
Mi az a zenerdióda, hol használják és milyen fajtái léteznek?
A stabilitron vagy Zener-dióda (nevét annak az amerikai tudósnak a nevéről kapta, aki először tanulmányozta és leírta ennek a félvezető eszköznek a tulajdonságait) egy p-n átmenettel rendelkező szabályos dióda. Jellemzője, hogy a negatív előfeszítésű tartományban, azaz fordított polaritású feszültség alkalmazása esetén működik. Egy ilyen diódát önálló szabályozóként használnak, amely a fogyasztói feszültséget a terhelőáram-változásoktól és a bemeneti feszültség ingadozásaitól függetlenül állandó értéken tartja. A stabilizált diódaszerelvényeket más, fejlett áramkörrel rendelkező stabilizátorok referenciafeszültség-forrásaként is használják. Ritkábban a fordított diódát impulzusformáló elemként vagy túlfeszültség-csökkentőként használják.
Vannak hagyományos stabilizátorok és kettős kvadratúrájú szabályozók. A kettős kvadratúrájú stabilitron két ellentétes irányban elhelyezett dióda ugyanabban a házban. Ezt két különálló eszközzel lehet helyettesíteni egy megfelelő áramkörben.
A Stabilitron feszültség-amper jellemzői és működése
Ahhoz, hogy megértsük, hogyan működik egy stabilizátor, meg kell vizsgálni a tipikus feszültség-amper karakterisztikáját (VAC).
Ha egy zener áramot előrefelé gerjesztünk, mint egy normál dióda, akkor úgy fog viselkedni, mint egy normál dióda. Körülbelül 0,6 V-nál (szilícium eszköz esetén) kinyílik, és belép a CVC lineáris szakaszába. A cikk témájánál érdekesebb, hogy hogyan viselkedik a stabilizáló dióda, ha fordított polaritású feszültséget alkalmazunk (a karakterisztika negatív oldala). Először az ellenállása meredeken megnő, és az eszköz nem fog áramot vezetni. Amikor azonban a feszültség elér egy bizonyos értéket, az áram meredeken megnő, ezt nevezzük meghibásodásnak. Ez lavinaszerű, és eltűnik, amikor az áramot kivonják. Ha a fordított feszültség tovább növekszik, a p-n átmenet elkezd melegedni, és termikus bontási üzemmódba kerül. A termikus leállás visszafordíthatatlan, és azt jelenti, hogy a dióda meghibásodik, ezért nem szabad a diódát ebbe az üzemmódba helyezni.
Érdekes a félvezető eszköz lavinaszerű átbomlási szakasza. Alakja közel lineáris, és nagy meredekségű. Ez azt jelenti, hogy nagy áramváltozás (ΔI) esetén a stabilizátoron mért feszültségesés változása viszonylag kicsi (ΔU). Ez pedig a stabilizáció.
Ez a viselkedés fordított feszültség alkalmazása esetén minden diódára jellemző. A stabilizáló dióda sajátossága azonban az, hogy paraméterei a CVC ezen szakaszán normalizáltak. A stabilizáló feszültség és a meredekség adott (bizonyos szórással), és ezek fontos paraméterek, amelyek meghatározzák az eszköz áramkörben való alkalmazhatóságát. Ezek megtalálhatók a szakkönyvekben. Normál diódák is használhatók stabilizáló diódaként - ha lefényképezzük a teljesítménygörbéjüket, és találunk közöttük egy megfelelő karakterisztikájú diódát. De ez egy hosszú, időigényes folyamat, amelynek eredménye nem garantált.
A stabilizáló dióda fő jellemzői a következők
A Zener-dióda adott alkalmazáshoz való kiválasztásához számos fontos paramétert kell figyelembe venni. Ezek a jellemzők határozzák meg, hogy a kiválasztott eszköz alkalmas-e az adott alkalmazáshoz.
Stabilizációs feszültség névleges értéke
Az első zener paraméter, amelyet a kiválasztáskor figyelembe kell venni, a stabilizációs feszültség, amelyet a lavinaszakadás indítási pontja határoz meg. Ez a kiindulópont az áramkörben használandó eszköz kiválasztásához. A közönséges zener különböző példányai, még az azonos típusúak is, néhány százalékos feszültségeltérést mutatnak, míg a precíziós zener típusok esetében a különbség kisebb. Ha a névleges feszültség nem ismert, egy egyszerű áramkör összeállításával meghatározható. Készülj:
- Egy 1...3 kΩ-os előtétellenállás;
- Állítható feszültségforrás;
- Voltmérő (tesztelő is használható).
A tápfeszültséget nulláról meg kell emelni, és a feszültségmérővel ellenőrizni kell a feszültségemelkedést a szabályzón. Egy bizonyos ponton a bemeneti feszültség további növekedése ellenére leáll. Ez a tényleges stabilizációs feszültség. Ha nem áll rendelkezésre szabályozott forrás, akkor az U-stabilizálásnál magasabb állandó kimeneti feszültségű tápegységet lehet használni. Az áramkör és a mérési elv ugyanaz marad. A túlzott üzemi áram miatt azonban fennáll a félvezető eszköz meghibásodásának veszélye.
A stabilizátorok 2...3V-tól 200V-ig terjedő feszültségekhez használatosak. Az e tartomány alatti stabil feszültség kialakításához más eszközöket - a CVC egyenes szakaszán működő stabilitronokat - használnak.
Működési áramtartomány
Az áramok tartománya, amelyeknél a stabilizáló eszközök ellátják funkciójukat, felül és alul korlátozott. Alul a jelleggörbe hátoldalának lineáris szegmensének kezdetére korlátozódik. Alacsonyabb áramoknál a karakterisztika nem biztosít feszültségállandóságot.
A felső értéket a félvezető eszköz által felvehető maximális disszipáció korlátozza, és a félvezető eszköz kialakításától függ. A fémházban lévő stabilitronokat nagyobb áramokra tervezték, de ne feledkezzünk meg a hűtőbordák használatáról. Ezek nélkül a legnagyobb megengedett teljesítményleadás jelentősen alacsonyabb lesz.
Differenciális ellenállás
A szabályozó teljesítményét meghatározó másik paraméter a differenciálellenállás, Rc. A ΔU feszültségváltozás és az ebből eredő ΔI áramváltozás hányadosaként határozzák meg. Ez egy ohmban mért ellenállásérték. Grafikusan a karakterisztika meredekségének érintője. Nyilvánvaló, hogy minél kisebb az ellenállás, annál jobb a stabilizálás minősége. Egy ideális (a gyakorlatban nem létező) stabilizátor esetében Rst nulla - az áram bármilyen növekedése nem okoz változást a feszültségben, és a görbe szakasza párhuzamos lesz az ordináta tengellyel.
A stabilizátorok címkézése
A hazai és importált fémkapszulás stabilizáló diódák feliratozása egyszerű és egyértelmű. A készülék neve, valamint az anód és a katód elhelyezkedése sematikus jelölés formájában szerepel rajtuk.
A műanyag házban lévő készülékeket különböző színű gyűrűkkel és pontokkal jelölik a katód és az anód oldalán. A jelek színe és kombinációja alapján meghatározható a készülék típusa, de ehhez szakkönyvekből vagy számológépes programokból kell tájékozódni. Mindkettő megtalálható az interneten.
A stabilizáló feszültségeket néha kis teljesítményű stabilizáló diódákra nyomtatják.
Stabilizátor kapcsolási rajzok
A szabályzó kapcsolásának alapáramköre sorba kapcsolt egy egy ellenállásamely beállítja a félvezető eszközön átfolyó áramot, és felveszi a felesleges feszültséget. A két elem alkotja a közös elválasztó. Amikor a bemeneti feszültség változik, a szabályzón keresztüli csepp állandó marad, és az ellenállás változik.
Az ilyen áramkör önmagában is használható, és parametrikus szabályozónak nevezik. A bemeneti feszültség vagy az áramfelvétel ingadozása ellenére (bizonyos határokon belül) állandóan fenntartja a terhelés feszültségét. Segédáramkörként is használható, ha referenciafeszültségforrásra van szükség.
Arra is használják, hogy megvédjék az érzékeny berendezéseket (érzékelők stb.) a táp- vagy mérővezetékben lévő rendellenes magas feszültségektől (egyenáram vagy véletlenszerű impulzusok). A félvezető eszköz stabilizációs feszültsége fölött minden "lekapcsol". Az ilyen áramkört "Zener-gátnak" nevezik.
A múltban a Zener-gátak azon tulajdonságát, hogy "levágják" a feszültségcsúcsokat, széles körben használták az impulzusformáló áramkörökben. A váltakozó áramú áramkörökben kétcsatornás eszközöket használtak.
A tranzisztortechnológia fejlődésével és az integrált áramkörök megjelenésével azonban ezt az elvet ritkán alkalmazták.
Ha nincs kéznél megfelelő feszültségű szabályozó, akkor két feszültségből is összeállítható. A teljes stabilizációs feszültség egyenlő lesz a két feszültség összegével.
Fontos! A stabilitronokat nem szabad párhuzamosan csatlakoztatni az üzemi áram növelése érdekében! A feszültség-feszültség karakterisztika változása az egyik stabilitron termikus összeomlásához vezet, majd a második a túlzott terhelési áram miatt meghibásodik.
Bár a szovjet időkből származó műszaki dokumentáció lehetővé teszi párhuzamos párhuzamos összeköttetés A szovjet időkben megengedett a nullák párhuzamos összekapcsolása, de azzal a feltétellel, hogy az eszközöknek azonos típusúaknak kell lenniük, és a működés közbeni teljes tényleges disszipáció nem haladhatja meg az egyetlen stabilitronra megengedett értéket. Más szóval, az üzemi áram növekedése nem érhető el ezzel a feltétellel.
A megengedett terhelési áram növelésére egy másik áramkört használnak. A parametrikus szabályozót egy tranzisztorral egészítjük ki, hogy emitteres ismétlőt hozzunk létre, amely az emitterkörben terheléssel rendelkezik, és egy stabil feszültség a tranzisztor bázisán.
Ebben az esetben a szabályozó kimeneti feszültsége alacsonyabb lesz, mint az U-stabilizálás az emitter-összeköttetésen fellépő feszültségesés értékével - szilíciumtranzisztor esetén kb. 0,6 V-mal. Ennek a csökkenésnek a kompenzálására a stabilizátorral sorba kapcsolható egy dióda az előremenő irányban.
Ily módon (egy vagy több dióda beépítésével) a szabályozó kimeneti feszültsége kis határok között felfelé állítható. Ha radikális Uv-növekedésre van szükség, akkor jobb, ha egy másik diódát kapcsolunk sorba.
A stabilitron alkalmazási területe az elektronikus áramkörökben igen széles. A választás tudatos megközelítésével ez a félvezető eszköz számos, a tervező elé állított feladat megoldását segíti.
Kapcsolódó cikkek:
