Salariu stabil, viață stabilă, stare stabilă. Ultima nu este despre Rusia, desigur :-). Dacă te uiți într-un dicționar explicativ, poți înțelege clar ce este „stabilitatea”. Pe primele rânduri, Yandex mi-a dat imediat denumirea acestui cuvânt: stabil - aceasta înseamnă constant, stabil, fără schimbare.

Dar cel mai adesea acest termen este folosit în electronică și inginerie electrică. În electronică, valorile constante ale unui parametru sunt foarte importante. Acesta poate fi curent, tensiune, frecvența semnalului etc. Abaterea semnalului de la orice parametru dat poate duce la funcționarea incorectă a echipamentului electronic și chiar la defectarea acestuia. Prin urmare, în electronică este foarte important ca totul să funcționeze stabil și să nu eșueze.

În electronică și inginerie electrică stabiliza tensiunea. Funcționarea echipamentelor electronice depinde de valoarea tensiunii. Dacă se schimbă într-o măsură mai mică, sau chiar mai rău, într-o creștere, atunci echipamentul în primul caz poate să nu funcționeze corect, iar în al doilea caz poate chiar să izbucnească în flăcări.

Pentru a preveni vârfurile și căderile de tensiune, diverse Protectoare de supratensiune. După cum înțelegeți din frază, sunt obișnuiți stabiliza tensiunea de „reluare”.

Dioda Zener sau dioda Zener

Cel mai simplu stabilizator de tensiune din electronică este un element radio diodă Zener. Uneori se mai numește și diodă Zener. În diagrame, diodele zener sunt desemnate cam așa:

Terminalul cu „capac” se numește la fel cu cel al unei diode - catod, iar cealaltă concluzie este anod.

Diodele Zener arată la fel ca diodele. În fotografia de mai jos, în stânga este un tip popular de diodă zener modernă, iar în dreapta este unul dintre mostrele din Uniunea Sovietică

Dacă aruncați o privire mai atentă la dioda zener sovietică, puteți vedea această denumire schematică pe ea însăși, indicând unde este catodul și unde este anodul.

Tensiunea de stabilizare

Cel mai important parametru al unei diode zener este, desigur, tensiune de stabilizare. Care este acest parametru?

Să luăm un pahar și să-l umplem cu apă...

Indiferent câtă apă am turna într-un pahar, excesul acestuia se va revărsa din pahar. Cred că acest lucru este de înțeles pentru un preșcolar.

Acum, prin analogie cu electronica. Sticla este o diodă zener. Nivelul apei într-un pahar plin până la refuz este tensiune de stabilizare Diodă Zener. Imaginează-ți un ulcior mare cu apă lângă un pahar. Ne vom umple paharul cu apă din ulcior, dar nu îndrăznim să atingem ulcior. Există o singură opțiune - turnați apă dintr-un ulcior făcând o gaură în ulcior în sine. Dacă ulciorul ar fi mai mic ca înălțime decât paharul, atunci nu am putea turna apă în pahar. Pentru a explica în termeni electronici, ulciorul are o „tensiune” mai mare decât „tensiunea” paharului.

Deci, dragi cititori, întregul principiu de funcționare al unei diode zener este conținut în sticlă. Indiferent ce jet îl turnăm (bine, bineînțeles, în limitele rezonabile, altfel paharul se va duce și se va sparge), paharul va fi întotdeauna plin. Dar este necesar să turnați de sus. Acest lucru înseamnă, Tensiunea pe care o aplicăm diodei zener trebuie să fie mai mare decât tensiunea de stabilizare a diodei zener.

Marcarea diodelor zener

Pentru a afla tensiunea de stabilizare a diodei zener sovietice, avem nevoie de o carte de referință. De exemplu, în fotografia de mai jos există o diodă zener sovietică D814V:

Căutăm parametrii pentru el în directoarele online de pe Internet. După cum puteți vedea, tensiunea sa de stabilizare la temperatura camerei este de aproximativ 10 volți.

Diodele zener străine sunt marcate mai ușor. Dacă te uiți cu atenție, poți vedea o inscripție simplă:

5V1 - asta înseamnă că tensiunea de stabilizare a acestei diode zener este de 5,1 volți. Mult mai ușor, nu?

Catodul diodelor zener străine este marcat în principal cu o dungă neagră

Cum se verifică dioda zener

Cum se verifică dioda zener? Da, exact ca! Puteți vedea cum să verificați dioda în acest articol. Să ne verificăm dioda Zener. O setăm la continuitate și atașăm sonda roșie la anod, iar sonda neagră la catod. Multimetrul ar trebui să arate o cădere de tensiune directă.

Schimbăm sondele și vedem una. Aceasta înseamnă că dioda noastră zener este în plină pregătire pentru luptă.

Ei bine, este timpul pentru experimente. În circuite, o diodă Zener este conectată în serie cu un rezistor:

Unde Uin – tensiune de intrare, Uout.st. – tensiune de ieșire stabilizată

Dacă ne uităm îndeaproape la diagramă, nu obținem nimic mai mult decât un divizor de tensiune. Totul aici este elementar și simplu:

Uin=Uout.stab +Uresistor

Sau în cuvinte: tensiunea de intrare este egală cu suma tensiunilor de pe dioda zener și rezistor.

Această schemă se numește stabilizator parametric pe o diodă zener. Calculul acestui stabilizator depășește domeniul de aplicare al acestui articol, dar dacă cineva este interesat, căutați-l pe google ;-)

Deci, hai să punem cap la cap circuitul. Am luat un rezistor cu o valoare nominală de 1,5 Kilohmi și o diodă zener cu o tensiune de stabilizare de 5,1 Volți. În stânga conectăm sursa de alimentare, iar în dreapta măsurăm tensiunea rezultată cu un multimetru:

Acum monitorizăm cu atenție citirile multimetrului și ale sursei de alimentare:

Deci, în timp ce totul este clar, să adăugăm mai multă tensiune... Hopa! Tensiunea noastră de intrare este de 5,5 volți, iar tensiunea de ieșire este de 5,13 volți! Deoarece tensiunea de stabilizare a diodei zener este de 5,1 volți, după cum putem vedea, se stabilizează perfect.

Să mai adăugăm niște volți. Tensiunea de intrare este de 9 volți, iar dioda zener este de 5,17 volți! Uimitor!

Mai adaugam... Tensiunea de intrare este de 20 Volti, iar iesirea, de parca nu s-ar fi intamplat nimic, este de 5,2 Volti! 0,1 Volți este o eroare foarte mică, poate fi chiar neglijată în unele cazuri.

Caracteristica volt-amperi a unei diode zener

Cred că nu ar strica să luăm în considerare caracteristica curent-tensiune (VAC) a diodei zener. Arata cam asa:

Unde

Ipr- curent continuu, A

Upr- tensiune directă, V

Acești doi parametri nu sunt utilizați în dioda zener

Uarr– tensiune inversă, V

Ust– tensiunea nominală de stabilizare, V

Ist– curent nominal de stabilizare, A

Nominal înseamnă un parametru normal la care este posibilă funcționarea pe termen lung a elementului radio.

Imax– curent maxim al diodei Zener, A

Immin– curent minim al diodei Zener, A

Ist, Imax, Imin – Acesta este curentul care trece prin dioda zener atunci când funcționează.

Deoarece dioda Zener funcționează cu polaritate inversă, spre deosebire de o diodă (dioda Zener este conectată cu catodul la plus, iar dioda cu catodul la minus), atunci zona de lucru va fi exact cea marcată cu dreptunghi roșu .

După cum vedem, la o tensiune Urev graficul nostru începe să scadă. În acest moment, un lucru atât de interesant ca o defecțiune are loc în dioda zener. Pe scurt, nu mai poate crește tensiunea pe sine și în acest moment curentul din dioda zener începe să crească. Cel mai important lucru este să nu exagerați cu curentul, mai mult decât Imax, altfel dioda zener va fi deteriorată. Cel mai bun mod de funcționare al diodei zener este considerat a fi modul în care curentul prin dioda zener se află undeva la mijloc între valorile sale maxime și minime. Acesta este ceea ce va apărea pe grafic punct de operare modul de funcționare al diodei zener (marcat cu un cerc roșu).

Concluzie

Anterior, în vremuri de piese rare și de începutul perioadei de glorie a electronicii, o diodă zener era adesea folosită, destul de ciudat, pentru a stabiliza tensiunea de ieșire. În cărțile vechi sovietice despre electronică puteți vedea această secțiune a circuitului diferitelor surse de alimentare:

În stânga, în cadrul roșu, am marcat o secțiune a circuitului de alimentare care vă este familiară. Aici obținem tensiune DC de la tensiune AC. In dreapta, in rama verde, este diagrama de stabilizare ;-).

În prezent, stabilizatoarele de tensiune cu trei terminale (integrate) înlocuiesc stabilizatorii bazați pe diode zener, deoarece stabilizează tensiunea de multe ori mai bine și au o disipare bună a puterii.

Pe Ali puteți lua imediat un întreg set de diode zener, variind de la 3,3 volți la 30 volți. Alege dupa gustul si culoarea ta.

19. Conectarea în serie și paralelă a diodelor de putere, calculul elementelor de egalizare.

În prezent, au fost create diode de putere pentru curenți de peste 1000 A și tensiuni peste 1000 V.

Când diodele sunt conectate în serie și în paralel, din cauza nepotrivirii caracteristicilor lor curent-tensiune, apar distribuții inegale de tensiuni sau curenți între diode individuale. În fig. Figura 1.3 prezintă următoarele diagrame: conexiuni seriale (Fig. 1.3, a) și paralele (Fig. 1.3, 6) a două diode. Acolo sunt prezentate și ramurile înainte (Fig. 1.3, d) și inversă (Fig. 1.3, c) ale caracteristicilor curent-tensiune ale diodelor conectate. Conform caracteristicilor date curent-tensiune atunci când diodele sunt conectate în serie, tensiunea inversă U R aplicată acestora la aceiași curenți inversi I R este distribuită neuniform între diode: tensiunea U R 1 este aplicată diodei VD1 și tensiunea U R 2 este aplicată la dioda VD 2 (Fig. 1-3, c) . Când diodele sunt conectate în paralel, curentul total I F care curge prin ele la căderi egale de tensiune directă U F este de asemenea distribuit neuniform: curentul I F 1 trece prin dioda VD 1, iar curentul I F 2 trece prin dioda VD2 (Fig. 1.3d). Pentru a preveni defectarea diodelor din cauza supracurentului sau supratensiunii, se iau măsuri speciale pentru a egaliza parametrii specificați între diode individuale. Când diodele sunt conectate în serie, rezistențele conectate în paralel cu diodele sunt de obicei folosite pentru a egaliza tensiunile, iar divizoarele inductive de diferite tipuri sunt utilizate atunci când sunt conectate în paralel.

Orez. 1.3. Conectarea în serie și paralelă a diodelor

20. Diode Zener de putere și limitatoare de tensiune, simbol, parametri principali și tensiune, domenii de utilizare.

Dioda Zener (dioda Zener) este o diodă semiconductoare concepută pentru a menține tensiunea sursei de alimentare la un anumit nivel. În comparație cu diodele convenționale, are o tensiune de avarie reglată destul de scăzută (când este pornită invers) și poate menține această tensiune la un nivel constant chiar și cu o schimbare semnificativă a puterii curentului invers. Materialele folosite la crearea joncțiunii p-n a diodelor zener au o concentrație mare de elemente de aliere (impurități). Prin urmare, la tensiuni inverse relativ mici, în joncțiune ia naștere un câmp electric puternic, care provoacă defecțiunea electrică a acesteia, care în acest caz este reversibilă (dacă defalcarea termică nu are loc din cauza unui curent prea mare). Funcționarea diodei Zener se bazează pe două mecanisme: Defalcarea avalanșă a joncțiunii p-n

Defalcarea tunelului unei joncțiuni p-n (efectul Zener în literatura engleză). În ciuda rezultatelor similare ale acțiunii, aceste mecanisme sunt diferite, deși sunt prezente împreună în orice diodă zener, dar doar unul dintre ele predomină. Pentru diodele zener până la o tensiune de 5,6 volți, predomină defecțiunea tunelului cu un coeficient de temperatură negativ [sursa nespecificată 304 zile], peste 5,6 volți defalcarea avalanșă cu un coeficient de temperatură pozitiv devine dominantă [sursa nespecificată 304 zile]. La o tensiune de 5,6 volți, ambele efecte sunt echilibrate, așa că alegerea acestei tensiuni este soluția optimă pentru dispozitivele cu o gamă largă de temperatură de utilizare [sursa nespecificată 321 zile]. Modul de avarie nu este asociat cu injectarea purtătorilor de taxe minoritari. Prin urmare, într-o diodă zener, fenomenele de injecție asociate cu acumularea și resorbția purtătorilor de sarcină în timpul tranziției de la regiunea de defalcare la regiunea de blocare și înapoi sunt practic absente. Acest lucru le permite să fie utilizate în circuitele de impulsuri ca cleme de nivel și limitatoare.

Tipuri de diode Zener: precizie- au stabilitate crescută a tensiunii de stabilizare, pentru care se introduc standarde suplimentare pentru instabilitatea temporară a tensiunii și coeficientul de temperatură al tensiunii (de exemplu: 2S191, KS211, KS520); bilateral- asigură stabilizarea și limitarea tensiunilor bipolare, pentru care se normalizează suplimentar valoarea absolută a asimetriei tensiunii de stabilizare (de exemplu: 2S170A, 2S182A); cu acţiune rapidă- au o valoare redusă a capacității barierei (zeci de pF) și o durată scurtă a procesului tranzitoriu (unități ns), ceea ce face posibilă stabilizarea și limitarea impulsurilor de tensiune pe termen scurt (de exemplu: 2S175E, KS182E, 2S211E).

Există microcircuite de regulatoare liniare de tensiune cu două terminale, care au același circuit de conectare ca și dioda Zener și adesea aceeași denumire pe diagramele circuitelor electrice.

Circuit tipic pentru pornirea unei diode zener

Desemnarea unei diode zener pe schemele de circuit

Desemnarea unei diode zener cu doi anozi pe schemele de circuit

Opțiuni. Tensiunea de stabilizare- valoarea tensiunii pe dioda zener în timpul trecerii unui curent de stabilizare dat. Tensiunea de defalcare a diodei și, prin urmare, tensiunea de stabilizare a diodei zener, depinde de grosimea joncțiunii p-n sau de rezistivitatea bazei diodei. Prin urmare, diferite diode Zener au tensiuni de stabilizare diferite (de la 3 la 400 V). Coeficient de temperatură de stabilizare a tensiunii- o valoare determinată de raportul dintre modificarea relativă a temperaturii ambiante la un curent de stabilizare constant. Valorile acestui parametru sunt diferite pentru diferite diode Zener. Coeficientul poate avea atât valori pozitive, cât și negative pentru diodele zener de înaltă tensiune și, respectiv, de joasă tensiune. Schimbarea semnului corespunde unei tensiuni de stabilizare de aproximativ 6V. Rezistență diferențială- o valoare determinată de raportul dintre creșterea tensiunii de stabilizare și creșterea mică a curentului care a determinat-o într-un interval de frecvență dat. Puterea disipată maximă admisă- puterea maximă constantă sau medie disipată pe dioda zener, la care este asigurată fiabilitatea specificată.

Echipamentele electronice moderne impun cerințe stricte asupra stabilității tensiunii continue a sursei de alimentare. Aceste cerințe pot fi apreciate după aceste cifre ca fiind atât de stricte. Stabilitatea scăzută este considerată a fi una în care modificările tensiunii de ieșire a sursei de alimentare sunt de 2-5%, stabilitate medie 0,5-2%, stabilitate ridicată 0,1-0,5%, stabilitate foarte mare - mai puțin de 0,1%. Astfel de indicatori de stabilitate ridicată ai unei surse de alimentare de înaltă tensiune nu pot fi obținuți fără un dispozitiv special - un stabilizator de tensiune constantă, care este pornit la ieșirea sursei de alimentare.

Ar trebui înlocuit faptul că principalele motive care cauzează fluctuații ale tensiunii de ieșire a sursei de alimentare sunt modificările tensiunii rețelei și rezistența la sarcină. Ambii factori destabilizatori pot fi lenți - de la câteva minute la câteva ore și rapid - o fracțiune de secundă. Ambele modificări ale tensiunii continue afectează negativ funcționarea echipamentelor electronice, astfel încât stabilizatorul trebuie să funcționeze continuu și automat.

Pe baza celor de mai sus, se poate da următoarea definiție. Un stabilizator de tensiune este un dispozitiv care menține tensiunea de sarcină cu precizia necesară atunci când tensiunea rețelei și rezistența de sarcină se modifică în limitele specificate. Se bazează pe o diodă zener - o diodă de siliciu, a cărei rezistență internă se modifică puțin atunci când se schimbă curentul. Dependența mică a căderii de tensiune pe dioda Zener de curentul care curge este proprietatea principală a diodei Zener. Datorită acestei proprietăți, tensiunea de pe dioda zener și, prin urmare, sarcina conectată la aceasta, este menținută aproape constantă.

Figura 1 Caracteristica curent-tensiune a unei diode Zener

Caracteristicile curent-tensiune ale mai multor dintre cele mai frecvent utilizate diode Zener sunt prezentate în Figura 1. Când o diodă Zener este pornită în direcția înainte (prin), caracteristica curent-tensiune este similară cu caracteristica curent-tensiune a unui siliciu. diodă. Dar dioda zener funcționează în modul de tensiune inversă. Pe măsură ce tensiunea inversă crește, curentul prin dioda zener crește inițial foarte lent (în caracteristică există o secțiune orizontală a ramurilor), iar apoi, la o anumită valoare a tensiunii inverse, așa-numita „defalcare” a apare joncțiunea p-n, după care chiar și o mică creștere a tensiunii afectează în mod semnificativ creșterea curentului printr-o diodă zener (în caracteristică există o secțiune a ramificației care cade în jos). Pentru diferite diode Zener, modul „defalcare” are loc la diferite tensiuni inverse: pentru dioda Zener KS 133A, de exemplu, la 3...3,7 V, pentru dioda Zener D808 - la 7...8,5 V.

În stabilizatoarele de tensiune, diodele zener funcționează în moduri corespunzătoare acestor secțiuni ale caracteristicilor lor curent-tensiune. O defecțiune a joncțiunii p-n nu duce la deteriorarea diodei zener dacă curentul prin aceasta nu depășește valoarea admisă.

Proprietățile de stabilizare ale unui astfel de dispozitiv semiconductor sunt caracterizate prin rezistența sa diferențială, care este exprimată ca raportul dintre modificarea tensiunii de stabilizare și modificarea mică a curentului de stabilizare care a provocat-o.

Pentru ca stabilizatorul să-și îndeplinească funcția, curentul care circulă prin acesta nu trebuie să fie mai mic decât curentul minim de stabilizare, adică cel mai mic curent la care funcționarea diodei Zener în modul de defectare este stabilă și nu mai mult decât stabilizarea maximă. curentul celui mai mare curent la care temperatura de încălzire a diodei Zener de joncțiune p-n nu depășește valoarea admisă. Atunci când alegeți un dispozitiv semiconductor pentru funcționarea într-un stabilizator de tensiune, acesta este ghidat de tensiunea de stabilizare a acestuia - tensiunea dintre bornele sale în modul de funcționare.

Figura 2 Schema circuitului electric al celui mai simplu stabilizator parametric

Partea practică

1) Îndepărtarea caracteristicii curent-tensiune

Figura 3 Schema circuitului electric pentru citirea caracteristicilor curent-tensiune ale unei diode Zener

Aici este polaritatea pentru ramura inversă a caracteristicii; pentru a elimina ramura înainte, schimbați polaritatea sursei de alimentare și conectați instrumentele de măsurare în consecință.

Să asamblam circuitul conform figurii 3. Pentru a măsura caracteristica curent-tensiune a diodei Zener, mai întâi schimbați tensiunea directă și apoi inversă furnizată diodei și monitorizați modificările curentului din circuit. Pentru a construi o caracteristică, este suficient să luați 5-6 citiri de instrument pentru ramura înainte și 8-10 citiri pentru ramura inversă a caracteristicii. Caracteristica trebuie luată cu deosebită atenție în secțiunea de stabilizare, deoarece aici, pe o gamă largă de modificări ale curentului diodei, tensiunea Ust se modifică nesemnificativ. Datele observaționale sunt înregistrate în tabelul I= f (U)

2) Construcția caracteristicii curent-tensiune

Un grafic al caracteristicii curent-tensiune a unei diode Zener de siliciu este construit pe baza rezultatelor tabelului. O vedere aproximativă a caracteristicii curent-tensiune este prezentată în Figura 4.

Figura 4 Vedere aproximativă a caracteristicii curent-tensiune

Figura 5 Schema circuitului electric pentru studierea unui stabilizator parametric

Circuitul pentru studierea unui stabilizator parametric este prezentat în Figura 5. Rezistoarele de sarcină R2 sau R3 cu rezistențe diferite sunt conectate alternativ, modificând astfel curentul de sarcină.

Comandă de lucru

1. Conectați echipamentul de măsurare și o sursă de alimentare la circuitul pentru studierea stabilizatorului parametric. Pregătiți instrumentele pentru măsurarea parametrilor relevanți.
2. Calculați coeficientul de stabilizare a tensiunii Kst al stabilizatorului folosind parametrii cunoscuți ai circuitului.
3. Determinați experimental și notați în tabel coeficientul de stabilizare a tensiunii atunci când tensiunea de intrare se modifică de la 25 la 30 V pentru ambele rezistențe de sarcină. De ce setați tensiunea de intrare a stabilizatorului cu o precizie de 0,05 V. Apoi, mărind tensiunea de intrare la 30 V, măsurați din nou tensiunea de intrare. Pe baza rezultatelor măsurătorilor consemnate în tabel, se utilizează formula (6) pentru a determina coeficientul de stabilizare necesar, comparând cu calculele efectuate la paragraful 2, ținând cont că acestea pot diferi cu 20-30%.
4. Determinați prin calcul și experimentați rezistența minimă și maximă a rezistenței de balast. Pentru a determina rezistența rezistorului de balast folosind formulele (4), este necesar să se măsoare valorile minime și maxime ale curentului de sarcină, determinate la orice tensiune de intrare de la 25 la 30 V. Ca tensiune Ust, luați tensiunea valoarea Un din tabel, rotunjind-o la 0,1 fracțiuni de volt.
5. Determinarea coeficientului de stabilizare.

Dioda zener D814B și rezistențele utilizate în lucrările de laborator (rezistența de balast R1 MLT-2 510 Ohm, rezistențele de sarcină R2 MLT-1 1 kOhm și R3 MLT-0.5 3 kOhm) sunt fixate pe o placă din fibră de sticlă cu o singură față.

Prima parte a lucrării de laborator constă în îndepărtarea ramurilor înainte și inversă ale caracteristicii curent-tensiune a diodei zener.

În a doua parte, un stabilizator parametric simplu este asamblat pe baza unei diode zener.

Schimbând tensiunea la intrarea stabilizatorului, vă puteți asigura că tensiunea la sarcină (rezistor R2 sau R3) practic nu se va modifica. În mod similar, prin comutarea rezistențelor R2 sau R3, vă puteți asigura că modificarea rezistenței de sarcină nu duce, de asemenea, la fluctuații semnificative de tensiune pe ea.

Aici au fost folosite abrevieri ale materialului din partea teoretică; citiți versiunea completă a lucrării. Mai ales pentru site - Denev

Discutați articolul Diode Zener

Cu mulți, mulți ani în urmă, un astfel de cuvânt ca o diodă zener nu exista deloc. Mai ales în echipamentele de uz casnic.

Să încercăm să ne imaginăm un receptor cu tub voluminos de la mijlocul secolului XX. Mulți i-au sacrificat pentru propria lor curiozitate, când mama și tata au dobândit ceva nou, iar „Record” sau „Neman” au fost dăruite pentru a fi rupte în bucăți.

Alimentarea receptorului cu tub era extrem de simplă: un cub puternic de transformator de putere, care avea de obicei doar două înfășurări secundare, o punte de diodă sau un redresor cu seleniu, doi condensatori electrolitici și un rezistor de doi wați între ele.

Prima înfășurare a alimentat filamentul tuturor lămpilor receptor cu curent alternativ și o tensiune de 6,3V (volți), iar la redresorul primitiv au venit aproximativ 240V pentru a alimenta anozii lămpilor. Nu s-a vorbit de vreo stabilizare a tensiunii. Pe baza faptului că recepția posturilor de radio a fost efectuată pe unde lungi, medii și scurte cu o bandă foarte îngustă și o calitate groaznică, prezența sau absența stabilizării tensiunii de alimentare nu a afectat deloc această calitate și pur și simplu nu a putut să fie un control automat decent al frecvenței pe baza acelui element.

Stabilizatorii la acea vreme erau utilizați numai în receptoare și emițătoare militare, desigur și în cele cu tub. De exemplu: SG1P– stabilizator de descărcare de gaz, tip deget. Acest lucru a continuat până când au apărut tranzistoarele. Și apoi s-a dovedit că circuitele realizate pe tranzistoare sunt foarte sensibile la fluctuațiile tensiunii de alimentare, iar un redresor simplu obișnuit nu mai este suficient. Folosind principiul fizic inerent dispozitivelor cu descărcare în gaz, a fost creată o diodă Zener cu semiconductor, mai puțin numită diodă Zener.

Reprezentarea grafică a unei diode zener pe scheme de circuit.

Aspectul diodelor zener. Mai întâi de sus într-un pachet de montare la suprafață. Cel de-al doilea de sus este într-o carcasă de sticlă DO-35 și are o putere de 0,5 W. Al treilea este 1 W (DO-41). Desigur, diodele zener sunt fabricate într-o varietate de carcase. Uneori, două elemente sunt combinate într-o singură carcasă.

Principiul de funcționare al unei diode zener.

În primul rând, nu trebuie să uităm că dioda zener funcționează doar în circuite DC. Tensiunea îi este aplicată în polaritate inversă, adică un minus „-” va fi aplicat anodului diodei zener. Când este pornit în acest fel, curentul invers curge prin el ( am arr.) de la redresor. Tensiunea de la ieșirea redresorului se poate modifica, se va schimba și curentul invers, dar tensiunea la dioda zener și la sarcină va rămâne neschimbată, adică stabilă. Următoarea figură arată caracteristica curent-tensiune a unei diode Zener.

Dioda Zener funcționează pe ramura inversă a caracteristicii curent-tensiune (caracteristică volt-ampere), așa cum se arată în figură. Principalii săi parametri includ U st. (tensiune de stabilizare) şi eu st.. (curent de stabilizare). Aceste date sunt indicate în pașaport pentru un anumit tip de diodă zener. Mai mult, valoarea curentului maxim și minim este luată în considerare numai atunci când se calculează stabilizatorii cu o schimbare mare de tensiune prevăzută.

Parametrii de bază ai diodelor zener.

Pentru a selecta dioda Zener potrivită, trebuie să înțelegeți marcajele dispozitivelor semiconductoare. Anterior, toate tipurile de diode, inclusiv diode Zener, erau desemnate prin litera „D” și un număr care indică ce fel de dispozitiv era. Iată un exemplu de foarte populară diodă zener D814 (A, B, C, D). Scrisoarea arăta tensiunea de stabilizare.

În apropiere se află datele pașaportului unei diode zener moderne ( 2C147A ), care a fost folosit în stabilizatoare pentru alimentarea circuitelor bazate pe popularele seriile K155 și K133 de microcircuite realizate folosind tehnologia TTL și având o tensiune de alimentare de 5V.

Pentru a înțelege marcajele și parametrii de bază ai dispozitivelor semiconductoare moderne, trebuie să știți puțin despre simboluri. Ele arată astfel: numărul 1 sau litera G - germaniu, numărul 2 sau litera K - siliciul, numărul 3 sau litera A - arseniura de galiu. Acesta este primul semn. D – diodă, T – tranzistor, S – diodă zener, L – LED. Acesta este al doilea semn. Al treilea caracter este un grup de numere care indică domeniul de aplicare al dispozitivului. Prin urmare: GT 313 (1T 313) - tranzistor cu germaniu de înaltă frecvență, 2S147 - diodă zener de siliciu cu o tensiune nominală de stabilizare de 4,7 volți, AL307 - LED cu arseniură de galiu.

Iată o diagramă a unui stabilizator de tensiune simplu, dar de încredere.

Între colectorul tranzistorului puternic și carcasa redresorului este furnizată o tensiune de 12-15 volți. Îndepărtăm tensiunea stabilizată de 9V de la emițătorul tranzistorului, deoarece folosim elementul fiabil D814B ca diodă zener VD1 (vezi tabelul). Rezistorul R1 este de 1 kOhm, tranzistorul KT819 oferă curent de până la 10 amperi.

Tranzistorul trebuie plasat pe radiatorul. Singurul dezavantaj al acestui circuit este incapacitatea de a regla tensiunea de ieșire. În circuitele mai complexe, desigur, există un rezistor de reglare. Toate sursele de energie radio amatori de laborator și acasă au capacitatea de a regla tensiunea de ieșire de la 0 la 20 - 25 volți.

Stabilizatori integrali.

Dezvoltarea microelectronicii integrate și apariția circuitelor multifuncționale de grade medii și mari de integrare au afectat, desigur, și problemele asociate cu stabilizarea tensiunii. Industria autohtonă s-a tensionat și a lansat seria K142 pe piața componentelor radio-electronice, care constau din stabilizatori integrati. Numele complet al produsului a fost KR142EN5A, dar deoarece corpul era mic și numele nu a fost eliminat în întregime, au început să scrie KREN5A sau B, iar în conversație au fost numiți pur și simplu „krenki”.

Seria în sine a fost destul de mare. Tensiunea de ieșire a variat în funcție de literă. De exemplu, KREN3 producea de la 3 la 30 de volți cu posibilitatea de ajustare, iar KREN15 era o sursă de energie bipolară de cincisprezece volți.

Conectarea stabilizatorilor integrati din seria K142 a fost extrem de simplă. Doi condensatori de netezire și stabilizatorul în sine. Aruncă o privire la diagramă.

Dacă este nevoie de a obține o tensiune stabilizată diferită, atunci procedați după cum urmează: să presupunem că folosim un microcircuit KREN5A la 5V, dar avem nevoie de o tensiune diferită. Apoi o diodă zener este plasată între a doua bornă și carcasă în așa fel încât prin adăugarea tensiunii de stabilizare a microcircuitului și a diodei zener să obținem tensiunea necesară. Dacă adăugăm o diodă zener KS191 la V = 9,1 + 5V al microcircuitului, atunci obținem 14,1 volți la ieșire.

O diodă zener este o diodă semiconductoare cu proprietăți unice. Dacă un semiconductor obișnuit, atunci când este pornit din nou, este un izolator, atunci îndeplinește această funcție până la o anumită creștere a tensiunii aplicate, după care are loc o defecțiune reversibilă asemănătoare avalanșei. Odată cu o creștere suplimentară a curentului invers care curge prin dioda zener, tensiunea continuă să rămână constantă datorită scăderii proporționale a rezistenței. În acest fel se poate realiza un regim de stabilizare.

În stare închisă, un curent de scurgere mic trece inițial prin dioda zener. Elementul se comportă ca un rezistor, a cărui valoare este mare. În timpul defecțiunii, rezistența diodei zener devine nesemnificativă. Dacă continuați să creșteți tensiunea la intrare, elementul începe să se încălzească și când curentul depășește valoarea admisă, are loc o defecțiune termică ireversibilă. Dacă problema nu este adusă în acest punct, când tensiunea se schimbă de la zero la limita superioară a zonei de lucru, proprietățile diodei zener sunt păstrate.

Când o diodă zener este pornită direct, caracteristicile nu diferă de o diodă. Când plusul este conectat la regiunea p și minusul la regiunea n, rezistența de joncțiune este scăzută și curentul curge liber prin ea. Crește odată cu creșterea tensiunii de intrare.

O diodă zener este o diodă specială, cea mai mare parte conectată în direcția opusă. Elementul este inițial în stare închisă. Când are loc o defecțiune electrică, dioda Zener de tensiune o menține constantă pe o gamă largă de curent.

Minus este aplicat anodului, iar plus este aplicat catodului. Dincolo de stabilizare (sub punctul 2), are loc supraîncălzirea și crește probabilitatea defecțiunii elementului.

Caracteristici

Parametrii diodelor zener sunt următorii:

• U st - tensiune de stabilizare la curentul nominal I st;
• Ist min - curent minim la începutul defecțiunii electrice;
• Ist max - curent maxim admisibil;
• TKN - coeficient de temperatură.

Spre deosebire de o diodă convențională, o diodă zener este un dispozitiv semiconductor în care zonele de defalcare electrică și termică sunt situate destul de departe unele de altele pe caracteristica curent-tensiune.

Asociat cu curentul maxim admisibil este un parametru adesea indicat în tabele - puterea disipată:

P max = I st max ∙ U st.

Dependența funcționării diodei Zener de temperatură poate fi pozitivă sau negativă. Prin conectarea elementelor în serie cu coeficienți de semne diferite, se creează diode zener de precizie care sunt independente de încălzire sau răcire.

Scheme de conectare

Un circuit tipic al unui stabilizator simplu constă dintr-o rezistență de balast R b și o diodă zener care depărtează sarcina.

În unele cazuri, stabilizarea este perturbată.

1. Furnizarea unei tensiuni înalte la stabilizator de la sursa de alimentare cu un condensator de filtru la ieșire. Creșterile de curent în timpul încărcării pot cauza defectarea diodei Zener sau distrugerea rezistenței Rb.
2. Deversarea sarcinii. Când se aplică tensiunea maximă la intrare, curentul diodei zener poate depăși valoarea admisă, ceea ce va duce la încălzirea și distrugerea acesteia. Aici este important să respectați zona de lucru sigură pentru pașapoarte.
3. Rezistența R b este selectată mică, astfel încât la valoarea minimă posibilă a tensiunii de alimentare și a curentului maxim admisibil pe sarcină, dioda zener să fie în zona de control al funcționării.

Pentru a proteja stabilizatorul, circuitele de protecție a tiristoarelor sau

Rezistorul R b se calculează prin formula:

R b = (U groapa - U nom)(I st + I n).

Curentul diodei Zener I st este selectat între valorile maxime și minime admise, în funcție de tensiunea de intrare U de alimentare și curentul de sarcină I n.

Selectarea diodelor zener

Elementele au o extindere mare a tensiunii de stabilizare. Pentru a obține valoarea exactă a lui U n, diodele zener sunt selectate din același lot. Există tipuri cu o gamă mai restrânsă de parametri. Pentru o putere mare de disipare, elementele sunt instalate pe calorifere.

Pentru a calcula parametrii unei diode Zener, sunt necesare date inițiale, de exemplu, următoarele:

• Alimentare U = 12-15 V - tensiune de intrare;
• U st = 9 V - tensiune stabilizată;

Parametrii sunt tipici pentru dispozitivele cu consum redus de energie.

Pentru o tensiune de intrare minimă de 12 V, curentul de sarcină este selectat la maxim - 100 mA. Folosind legea lui Ohm, puteți găsi sarcina totală a circuitului:

R∑ = 12 V / 0,1 A = 120 Ohm.

Căderea de tensiune pe dioda Zener este de 9 V. Pentru un curent de 0,1 A, sarcina echivalentă va fi:

R eq = 9 V / 0,1 A = 90 Ohm.

Acum puteți determina rezistența la balast:

R b = 120 Ohm - 90 Ohm = 30 Ohm.

Este selectat din seria standard, unde valoarea coincide cu cea calculată.

Curentul maxim prin dioda zener este determinat ținând cont de deconectarea sarcinii, astfel încât să nu se defecteze dacă vreun fir este dezlipit. Căderea de tensiune pe rezistor va fi:

U R = 15 - 9 = 6 V.

Apoi se determină curentul prin rezistor:

I R = 6/30 = 0,2 A.

Deoarece dioda Zener este conectată în serie, I c = I R = 0,2 A.

Puterea de disipare va fi P = 0,2∙9 = 1,8 W.

Pe baza parametrilor obținuți, este selectată o diodă zener D815V adecvată.

Diodă Zener simetrică

Un tiristor cu diodă simetrică este un dispozitiv de comutare care conduce curentul alternativ. O particularitate a funcționării sale este căderea de tensiune la câțiva volți atunci când este pornit în intervalul 30-50 V. Poate fi înlocuit cu două diode zener convenționale contraconectate. Dispozitivele sunt folosite ca elemente de comutare.

Diodă Zener analogă

Când nu este posibil să se selecteze un element adecvat, se folosește un analog al unei diode zener pe tranzistoare. Avantajul lor este capacitatea de a regla tensiunea. În acest scop se pot folosi amplificatoare DC cu mai multe trepte.

La intrare este instalat un divizor de tensiune cu R1. Dacă tensiunea de intrare crește, la baza tranzistorului VT1 crește și ea. În același timp, crește curentul prin tranzistorul VT2, ceea ce compensează creșterea tensiunii, menținându-l astfel stabil la ieșire.

Marcarea diodelor zener

Sunt produse diode zener din sticlă și diode zener în carcase de plastic. În primul caz, li se aplică 2 numere, între care se află litera V. Inscripția 9V1 înseamnă că U st = 9,1 V.

Inscripțiile de pe carcasa din plastic sunt descifrate folosind o fișă de date, unde puteți afla și alți parametri.

Inelul întunecat de pe corp indică catodul la care este conectat plusul.

Concluzie

O diodă zener este o diodă cu proprietăți speciale. Avantajul diodelor zener este un nivel ridicat de stabilizare a tensiunii pe o gamă largă de modificări ale curentului de funcționare, precum și scheme simple de conectare. Pentru a stabiliza tensiunea joasă, dispozitivele sunt pornite în direcția înainte și încep să funcționeze ca diode obișnuite.