İstikrarlı bir maaş, istikrarlı bir yaşam, istikrarlı bir durum. Sonuncusu elbette Rusya ile ilgili değil :-). Açıklayıcı bir sözlüğe bakarsanız, "istikrarın" ne olduğunu mantıklı bir şekilde anlayabilirsiniz. İlk satırlarda Yandex bana hemen bu kelimenin adını verdi: istikrarlı - sabit, istikrarlı, değişmeyen anlamına geliyor.

Ancak çoğu zaman bu terim elektronik ve elektrik mühendisliğinde kullanılır. Elektronikte bir parametrenin sabit değerleri çok önemlidir. Akım, voltaj, sinyal frekansı ve olabilir. Sinyalin belirli bir parametreden sapması, elektronik ekipmanın yanlış çalışmasına ve hatta bozulmasına neden olabilir. Bu nedenle elektronikte her şeyin stabil çalışması ve arızalanmaması çok önemlidir.

Elektronik ve elektrik mühendisliğinde voltajı dengelemek. Elektronik ekipmanların çalışması voltaj değerine bağlıdır. Daha küçük veya daha da kötüsü daha büyük bir tarafa değişirse, ilk durumda ekipman düzgün çalışmayabilir ve ikinci durumda parlak bir alevle bile sallanabilir.

Gerilimdeki iniş ve çıkışları önlemek amacıyla çeşitli Dalgalanma Koruyucuları.İfadeden de anlaşılacağı üzere alışkındırlar. stabilize etmek"oynama" gerilimi.

Zener Diyot veya Zener Diyot

Elektronikteki en basit voltaj dengeleyici bir radyo elemanıdır. zener diyot. Bazen buna da denir Zener diyot. Diyagramlarda zener diyotları şu şekilde belirtilmiştir:

“Başlıklı” çıktıya diyotunkiyle aynı denir - katot ve diğer çıktı ise anot.

Zener diyotları diyotlarla aynı görünür. Aşağıdaki fotoğrafta, solda modern bir zener diyotunun popüler bir görünümü, sağda ise Sovyetler Birliği'nin örneklerinden biri yer almaktadır.

Sovyet zener diyotuna daha yakından bakarsanız, üzerinde katodun nerede olduğunu ve anotun nerede olduğunu gösteren bu şematik tanımı görebilirsiniz.

Stabilizasyon voltajı

Zener diyotun en önemli parametresi elbette stabilizasyon voltajı. Bu parametre nedir?

Bir bardak alıp suyla dolduralım...

Bir bardağa ne kadar su koyarsak koyalım, fazlası bardaktan dışarı akacaktır. Bunun okul öncesi çocuklar için anlaşılabilir olduğunu düşünüyorum.

Şimdi elektroniğe benzeterek. Cam bir zener diyottur. Ağzına kadar dolu bir bardaktaki su seviyesi - bu stabilizasyon voltajı Zener diyot. Bardağın yanında büyük bir sürahi su hayal edin. Sürahiden aldığımız suyla sadece bardağımızı suyla dolduracağız ama sürahiye dokunmaya cesaret edemiyoruz. Tek bir seçenek var - sürahiden su dökmek, sürahinin kendisinde bir delik açmak. Sürahi bardaktan küçük olsaydı bardağa su dökemezdik. Elektronik dilinde açıklanırsa, sürahinin "voltajı" camın "voltajından" daha fazladır.

Sevgili okuyucular, cam zener diyotun tüm prensibini içeriyor. Üzerine ne dökersek dökelim (tabii ki mantık çerçevesinde, aksi takdirde cam uçup kırılır), bardak her zaman dolu olacaktır. Ancak yukarıdan dökmek gerekiyor. Bu şu anlama gelir, zener diyota uyguladığımız voltajın zener diyotun stabilizasyon voltajından yüksek olması gerekir.

Zener diyot işaretleme

Sovyet zener diyotunun stabilizasyon voltajını bulmak için bir referans kitabına ihtiyacımız var. Örneğin, aşağıdaki fotoğrafta Sovyet zener diyotu D814V:

İnternetteki çevrimiçi dizinlerde bunun için parametreler arıyoruz. Gördüğünüz gibi oda sıcaklığındaki stabilizasyon voltajı yaklaşık 10 volttur.

Yabancı zener diyotları daha kolay işaretlenir. Yakından bakarsanız basit bir yazıt görebilirsiniz:

5V1 - bu, bu zener diyotun stabilizasyon voltajının 5,1 Volt olduğu anlamına gelir. Çok daha kolay, değil mi?

Yabancı zener diyotların katodu esas olarak siyah bir şeritle işaretlenmiştir.

Zener diyot nasıl kontrol edilir

Zener diyot nasıl kontrol edilir? Evet, aynı zamanda! Ve diyotun nasıl kontrol edileceğini bu makalede görebilirsiniz. Zener diyotumuzu kontrol edelim. Bir süreklilik sağlıyoruz ve kırmızı bir probla anoda, siyah bir probla katoda tutunuyoruz. Multimetre ileri voltaj düşüşünü göstermelidir.

Probları yer yer değiştiriyoruz ve bir tane görüyoruz. Bu, zener diyotumuzun tam savaşa hazır olduğu anlamına gelir.

Eh, deneylerin zamanı geldi. Devrelerde, bir dirençle seri olarak bir zener diyot bağlanır:

Nerede Uin – giriş voltajı, Uout.st. – çıkış stabilize voltajı

Devreye yakından bakarsanız voltaj bölücüden başka bir şey göremiyoruz. Buradaki her şey basit ve basittir:

Uin=Uout.stab +Urezistör

Veya başka bir deyişle: giriş voltajı, zener diyot ve direnç üzerindeki voltajların toplamına eşittir.

Bu şema denir parametrik stabilizatör bir stabilizatörde. Bu dengeleyicinin hesaplanması bu makalenin kapsamı dışındadır, ancak ilgilenenler için Google'da ;-)

Böylece şemayı topluyoruz. Nominal değeri 1,5 Kiloom olan bir direnç ve 5,1 Volt stabilizasyon voltajı için bir zener diyot aldık. Solda Güç kaynağını takıyoruz ve sağda ortaya çıkan voltajı bir multimetre ile ölçüyoruz:

Şimdi multimetrenin ve güç kaynağının okumalarını dikkatle izliyoruz:

Yani, her şey açık olsa da biz hâlâ gerilimi artırıyoruz... Hata! 5,5 Volt giriş voltajımız ve 5,13 Volt çıkış voltajımız var! Zener diyotun stabilizasyon voltajı 5,1 volt olduğundan görebildiğimiz gibi mükemmel bir şekilde stabil hale gelmektedir.

Daha fazla volt ekleyelim. Giriş voltajı 9 volt ve zener diyotu 5,17 volt! İnanılmaz!

Ayrıca şunu da ekliyoruz... Giriş voltajı 20 Volt, çıkış ise 5,2 Volt, sanki hiçbir şey olmamış gibi! 0,1 Volt çok küçük bir hatadır, hatta bazı durumlarda ihmal edilebilir.

Zener diyotun volt-amper karakteristiği

Zener diyotun volt-amper karakteristiğini (CVC) dikkate almanın zararı olmayacağını düşünüyorum. Şunun gibi bir şeye benziyor:

Nerede

IPR- doğru akım, A

Yukarı- ileri voltaj, V

Zener diyotta bu iki parametre kullanılmaz.

Uobr– ters voltaj, V

Ust– nominal stabilizasyon gerilimi, V

ist- nominal stabilizasyon akımı, A

Derecelendirilmiş - bu, radyo elemanının uzun süreli çalışmasının mümkün olduğu normal bir parametre anlamına gelir.

Imaks- zener diyotunun maksimum akımı, A

varım- zener diyotunun minimum akımı, A

İst, Imax, Imin – Zener diyot çalışırken içinden geçen akım miktarıdır.

Zener diyot, bir diyottan farklı olarak tam olarak ters polaritede çalıştığından (zener diyot artıya katotla ve katot eksiye bağlanmıştır), o zaman çalışma alanı tam olarak kırmızı dikdörtgenle işaretlenmiş alan olacaktır.

Gördüğümüz gibi Uobr voltajında ​​grafiğimiz düşmeye başlıyor. Bu sırada zener diyotta arıza gibi ilginç bir şey meydana gelir. Kısacası artık kendi üzerindeki voltajı artıramaz ve bu sırada zener diyottaki akım gücü artmaya başlar. En önemli şey mevcut gücü Imax'tan fazla aşmamaktır, aksi takdirde zener diyot bir kerdyk'e gelecektir. Zener diyotun en iyi çalışma modu, zener diyottan geçen akım gücünün maksimum ve minimum değerleri arasında ortada bir yerde olduğu mod olarak kabul edilir. Grafikte bu olacak çalışma noktası zener diyotunun çalışma modu (kırmızı daire ile işaretlenmiştir).

Çözüm

Daha önce, parçaların kıt olduğu zamanlarda ve elektroniğin en parlak döneminin başlangıcında, garip bir şekilde, çıkış voltajını dengelemek için zener diyot sıklıkla kullanılıyordu. Elektronikle ilgili eski Sovyet kitaplarında, çeşitli güç kaynaklarının devresinin böyle bir bölümünü görebilirsiniz:

Soldaki kırmızı çerçevede güç kaynağı devresinin tanıdık bir bölümünü işaretledim. Burada alternatif olandan sabit bir voltaj alıyoruz. Sağda, yeşil çerçeve içinde bir stabilizasyon şeması var ;-).

Şu anda, üç terminalli (entegre) voltaj regülatörleri, voltajı birçok kez daha iyi stabilize ettikleri ve iyi bir dağıtım gücüne sahip oldukları için zener diyotlardaki stabilizatörlerin yerini alıyor.

Ali'de, 3,3 Volt ile 30 Volt arasında değişen bir dizi zener diyotu hemen alabilirsiniz. seçmek zevkinize ve renginize göre.

19. Güç diyotlarının seri ve paralel bağlanması, seviyelendirme elemanlarının hesaplanması.

Şu anda, 1000 A'nın üzerindeki akımlar ve 1000 V'un üzerindeki gerilimler için güç diyotları oluşturulmuştur.

Diyotlar seri ve paralel olarak bağlandığında, I-V özelliklerinin uyumsuzluğu nedeniyle, bireysel diyotlar arasında eşit olmayan voltaj veya akım dağılımları meydana gelir. Şek. 1.3 diyagramları göstermektedir: iki diyotun seri (Şekil 1.3, a) ve paralel (Şekil 1.3, 6) bağlantısı. Ayrıca bağlı diyotların I-V özelliklerinin doğrudan (Şekil 1.3, d) ve ters (Şekil 1.3, c) dalları da vardır. Verilen I – V özelliklerine göre, diyotlar seri bağlandığında, onlara aynı ters akım I R'de uygulanan ters voltaj U R, diyotlar arasında eşit olmayan bir şekilde dağıtılır: VD1 diyotuna U R 1 voltajı ve U R 2 voltajı uygulanır. VD 2 diyotuna uygulanır (Şekil 1-3, c) . Diyotlar paralel bağlandığında, aynı doğrudan voltaj düşüşleriyle U F içlerinden akan toplam I F akımı da eşit olmayan bir şekilde dağıtılır: I F 1 akımı VD 1 diyotundan ve I F 2 akımından akar (Şekil 1.3, d) . Aşırı akım veya aşırı gerilim nedeniyle diyotların arızalanmasını önlemek için, bireysel diyotlar arasında belirtilen parametreleri eşitlemek için özel önlemler alınır. Diyotlar seri bağlandığında, voltajları eşitlemek için genellikle diyotlara paralel bağlanan dirençler kullanılır ve paralel bağlandığında çeşitli tiplerde endüktif bölücüler kullanılır.

Pirinç. 1.3. Diyotların seri ve paralel bağlanması

20. Güç zener diyotları ve voltaj sınırlayıcılar, sembolü, temel parametreleri ve Vah, kullanım alanları.

Zener diyot (Zener diyot), bir güç kaynağının voltajını belirli bir seviyede tutmak için tasarlanmış yarı iletken bir diyottur. Geleneksel diyotlarla karşılaştırıldığında oldukça düşük regüle edilmiş bir arıza voltajına (tersine çevrildiğinde) sahiptir ve ters akım gücünde önemli bir değişiklikle bu voltajı sabit bir seviyede tutabilir. Zener diyotların p-n bağlantısını oluşturmak için kullanılan malzemeler yüksek konsantrasyonda alaşım elementlerine (safsızlıklar) sahiptir. Bu nedenle, nispeten küçük ters voltajlarda, bağlantı noktasında güçlü bir elektrik alanı ortaya çıkar ve bu durumda elektriksel bozulmaya neden olur, bu durumda bu tersine çevrilebilir (eğer çok fazla akım nedeniyle termal bozulma meydana gelmezse). Zener diyotun çalışması iki mekanizmaya dayanmaktadır: p-n bağlantısının çığ gibi parçalanması

P-n bağlantısının tünel açma dökümü (İngiliz literatüründe Zener etkisi). Eylemin benzer sonuçlarına rağmen, bu mekanizmalar farklıdır, ancak herhangi bir zener diyotta bir arada mevcut olsalar da bunlardan yalnızca biri galip gelir. 5,6 volta kadar gerilime sahip zener diyotlar için, negatif sıcaklık katsayılı tünel arızası baskın hale gelir [kaynak belirtilmemiş 304 gün], 5,6 voltun üzerinde pozitif sıcaklık katsayılı çığ arızası baskın hale gelir [kaynak belirtilmemiş 304 gün]. 5,6 voltluk bir voltajda, her iki etki de dengelidir, bu nedenle bu voltajın seçilmesi, geniş bir sıcaklık uygulama aralığına sahip cihazlar için en iyi çözümdür [kaynak belirtilmemiş 321 gün]. Arıza modu, küçük yük taşıyıcılarının enjeksiyonu ile ilgili değildir. Bu nedenle zener diyotta, arıza bölgesinden bloke bölgesine ve bunun tersi yönde geçiş sırasında yük taşıyıcılarının birikmesi ve emilmesiyle ilişkili enjeksiyon olgusu pratikte yoktur. Bu onların darbe devrelerinde seviye kıskaçları ve sınırlayıcılar olarak kullanılmalarına olanak sağlar.

Zener diyot çeşitleri: kesinlik- artan stabilizasyon voltajı kararlılığına sahip, bunlar için geçici voltaj dengesizliği ve voltaj sıcaklık katsayısı için ek standartlar getirildi (örneğin: 2S191, KS211, KS520); iki taraflı- bipolar voltajların stabilizasyonunu ve sınırlandırılmasını sağlayın, onlar için stabilizasyon voltajının asimetrisinin mutlak değeri ek olarak normalleştirilir (örneğin: 2S170A, 2S182A); hızlı hareket eden- azaltılmış bir bariyer kapasitansı değerine (onlarca pF) ve kısa süreli voltaj darbelerini stabilize etmeyi ve sınırlamayı mümkün kılan kısa bir geçici süreç süresine (birkaç ns) sahiptir (örneğin: 2S175E, KS182E, 2S211E) ).

Zener diyotla aynı anahtarlama devresine ve genellikle elektrik devre şemalarında aynı atamaya sahip iki terminalli doğrusal voltaj regülatörü mikro devreleri vardır.

Tipik zener diyot anahtarlama devresi

Devre şemalarında Zener diyot tanımı

Devre şemalarında iki anotlu zener diyotun belirlenmesi

Seçenekler. Stabilizasyon voltajı- belirli bir stabilizasyon akımının geçişi sırasında zener diyot üzerindeki voltajın değeri. Diyotun kırılma voltajı ve dolayısıyla zener diyotun stabilizasyon voltajı, p-n bağlantısının kalınlığına veya diyot tabanının direncine bağlıdır. Bu nedenle, farklı zener diyotları farklı stabilizasyon voltajlarına sahiptir (3'ten 400 V'a kadar). Stabilizasyon voltajının sıcaklık katsayısı- Sabit bir stabilizasyon akımında ortam sıcaklığındaki bağıl değişimin oranıyla belirlenen değer. Bu parametrenin değerleri farklı zener diyotlar için farklıdır. Katsayı, yüksek voltaj ve düşük voltajlı zener diyotlar için sırasıyla hem pozitif hem de negatif değerlere sahip olabilir. İşaretteki değişiklik yaklaşık 6V'luk bir stabilizasyon voltajına karşılık gelir. Diferansiyel direnç- belirli bir frekans aralığında stabilizasyon voltajı artışının buna neden olan küçük akım artışına oranıyla belirlenen değer. İzin verilen maksimum güç kaybı- Belirtilen güvenilirliğin sağlandığı, zener diyotunda harcanan maksimum sabit veya ortalama güç.

Modern elektronik ekipman, güç kaynağının sabit voltajının stabilitesi konusunda katı gereksinimler getirmektedir. Bu gerekliliklerin ne kadar katı olduğu bu rakamlarla değerlendirilebilir. Güç kaynağının çıkış voltajındaki değişikliklerin %2-5 olduğu, ortalama stabilitenin %0,5-2, yüksek %0,1-0,5, çok yüksek %0,1'den az olduğu düşük stabilite kabul edilir. Güç kaynağının yüksek voltajının bu kadar yüksek stabilitesi, özel bir cihaz olmadan elde edilemez - güç kaynağının çıkışında açılan sabit bir voltaj dengeleyici.

Güç kaynağının çıkış geriliminde dalgalanmalara neden olan ana nedenlerin şebeke gerilimi ve yük direncindeki değişiklikler olduğu değiştirilmelidir. Her iki istikrarsızlaştırıcı faktör de birkaç dakikadan birkaç saate kadar yavaş ve saniyenin kesirleri kadar hızlı olabilir. Sabit voltajdaki hem bunlar hem de diğer değişiklikler elektronik ekipmanın çalışmasını olumsuz yönde etkiler, bu nedenle dengeleyicinin sürekli ve otomatik olarak çalışması gerekir.

Yukarıdakilere dayanarak aşağıdaki tanım verilebilir. Voltaj stabilizatörü, şebeke voltajı ve yük direncinin belirlenen sınırlar içinde değişmesi durumunda yük üzerindeki voltajı gerekli doğrulukta koruyan bir cihazdır. Bu, iç direnci akımdaki değişiklikle çok az değişen bir silikon diyot olan bir zener diyotuna dayanmaktadır. Zener diyot üzerindeki voltaj düşüşünün akan akıma küçük bağımlılığı, zener diyotun ana özelliğidir. Bu özelliğinden dolayı zener diyotun üzerindeki voltaj ve dolayısıyla ona bağlanan yük neredeyse sabit kalır.

Şekil 1 Zener diyotun volt-amper karakteristiği

En sık kullanılan zener diyotların birçoğunun akım-gerilim özellikleri Şekil 1'de gösterilmektedir. Bir zener diyot ileri (ileri) yönde açıldığında, onun akım-gerilim karakteristiği bir zener diyotun akım-gerilim karakteristiğine benzerdir. silikon diyot. Ancak zener diyot ters voltaj modunda çalışır. Ters voltajın artmasıyla birlikte, zener diyottan geçen akım ilk önce çok yavaş büyür (karakteristikte dalların yatay bir bölümü vardır) ve daha sonra ters voltajın belirli bir değerinde "arıza" denir. ” p-n bağlantısının meydana gelmesi, bundan sonra voltajdaki küçük bir artış bile, bir zener diyotu boyunca akımdaki artışı önemli ölçüde etkiler (karakteristikte - dalın bir bölümünün aşağı düşmesi). Farklı zener diyotları için, "arıza" modu farklı ters voltajlarda meydana gelir: KS 133A zener diyotu için, örneğin 3 ... 3,7 V'de, D808 zener diyotu için - 7 ... 8,5 V'de.

Gerilim stabilizatörlerinde zener diyotlar, akım-gerilim özelliklerinin bu bölümlerine karşılık gelen modlarda çalışır. P-n bağlantısının bozulması, içinden geçen akım izin verilen değeri aşmazsa zener diyotun zarar görmesine yol açmaz.

Böyle bir yarı iletken cihazın stabilizasyon özellikleri, stabilizasyon voltajındaki değişimin buna neden olan stabilizasyon akımındaki küçük değişime oranı olarak ifade edilen diferansiyel direnci ile karakterize edilir.

Stabilizatörün işlevini yerine getirebilmesi için içinden akan akımın minimum stabilizasyon akımından, yani zener diyotun arıza modunda çalışmasının stabil olduğu en küçük akımdan ve maksimumdan fazla olmaması gerekir. p-n bağlantı noktası zener diyotunun ısıtma sıcaklığının izin verilen değeri aşmadığı en yüksek akımın stabilizasyon akımı. Bir voltaj dengeleyicide çalışmak üzere bir yarı iletken cihaz seçerken, stabilizasyon voltajı - çalışma modunda çıkışları arasındaki voltaj - tarafından yönlendirilir.

Şekil 2 En basit parametrik stabilizatörün elektrik devre şeması

Pratik kısım

1) Akım-gerilim özelliklerinin kaldırılması

Şekil 3 Zener diyotun akım-gerilim karakteristiğini almak için elektrik devre şeması

Karakteristiğin ters dalının polaritesi, sırasıyla doğrudan dalın çıkarılması, güç kaynağının polaritesinin değiştirilmesi ve ölçüm cihazlarının bağlanmasıdır.

Şekil 3'e göre devreyi kuralım. Zener diyotun akım-gerilim karakteristiğini ortadan kaldırmak için öncelikle diyota verilen ileri ve sonra ters voltajı değiştirin ve devredeki akımdaki değişiklikleri izleyin. Bir karakteristik oluşturmak için, karakteristiğin doğrudan dalı için 5-6, ters dalı için 8-10 cihaz okuması almak yeterlidir. Stabilizasyon bölümünde karakteristik özellikle dikkatli bir şekilde ele alınmalıdır, çünkü burada geniş bir diyot akımı değişimi aralığında Ust voltajı biraz değişir. Gözlem verileri I = f (U) tablosuna kaydedilir.

2) Akım-gerilim karakteristiğinin yapımı

Silikon zener diyotun akım-gerilim karakteristiğinin grafiği, tablonun sonuçlarına göre oluşturulmuştur. Akım-gerilim karakteristiğinin yaklaşık bir görünümü Şekil 4'te gösterilmektedir.

Şekil 4 Akım-gerilim karakteristiğinin yaklaşık görünümü

Şekil 5 Parametrik stabilizatörün incelenmesi için elektrik devre şeması

Parametrik dengeleyiciyi incelemek için devre Şekil 5'te gösterilmektedir. Farklı dirençlere sahip R2 veya R3 yük dirençleri sırayla bağlanır, böylece yük akımı değişir.

İş emri

1. Parametrik dengeleyiciyi incelemek için ölçüm ekipmanını ve bir güç kaynağını devreye bağlayın. İlgili parametreleri ölçmek için aletler hazırlayın.
2. Devrenin bilinen parametrelerini kullanarak stabilizatörün voltaj stabilizasyon katsayısı Kst'yi hesaplayın.
3. Her iki yük direnci için giriş voltajındaki 25 ila 30 V arasındaki değişiklikler için voltaj stabilizasyon katsayısını deneysel olarak belirleyin ve tabloya yazın. Dengeleyicinin giriş voltajını neden 0,05 V hassasiyetle ayarlamalısınız? Daha sonra giriş voltajını 30 V'a çıkararak giriş voltajını tekrar ölçün. Tabloda kaydedilen ölçüm sonuçlarına dayanarak, formül (6)'yı kullanarak,% 20-30 oranında farklılık gösterebilecekleri göz önüne alındığında, paragraf 2'de yapılan hesaplamalarla karşılaştırarak istenen stabilizasyon katsayısını belirleyin.
4. Balast direncinin minimum ve maksimum direncini hesaplayarak belirleyin ve deneyin. Balast direncinin direncini formül (4) kullanarak belirlemek için, 25 ila 30 V arasındaki herhangi bir giriş voltajında ​​belirlenen yük akımının minimum ve maksimum değerlerini ölçmek gerekir. Ust voltajı olarak voltajı alın Tablodan Un değeri, voltun 0,1 kesrine yuvarlanır.
5. Stabilizasyon katsayısının belirlenmesi.

Laboratuvar çalışmalarında kullanılan Zener diyot D814B ve dirençler (balast direnci R1 MLT-2 510 Ohm, yük dirençleri R2 MLT-1 1 kOhm ve R3 MLT-0,5 3 kOhm) tek taraflı folyo fiberglastan yapılmış bir tahtaya sabitlenmiştir.

Laboratuvar çalışmasının ilk kısmı, zener diyotun akım-gerilim karakteristiğinin ileri ve geri dallarının alınmasından oluşmaktadır.

İkinci bölümde, zener diyot temelinde basit bir parametrik stabilizatör monte edilmiştir.

Dengeleyicinin girişindeki voltajı değiştirerek, yükteki voltajın (direnç R2 veya R3) pratikte değişmeyeceğinden emin olabilirsiniz. Benzer şekilde, R2 veya R3 dirençlerini değiştirerek, yük direncindeki bir değişikliğin de üzerinde önemli voltaj dalgalanmalarına yol açmayacağından emin olabilirsiniz.

Burada teorik kısımdaki materyalin kısaltmaları kullanılmıştır, çalışmanın tam versiyonunu okuyunuz. Özellikle site için - Denev

STABILITRONS makalesini tartışın

Uzun yıllar önce zener diyot diye bir kelime hiç yoktu. Özellikle ev aletlerinde.

Yirminci yüzyılın ortalarına ait hantal bir tüp alıcısını hayal etmeye çalışalım. Babam ve annem yeni bir şey aldığında ve "Record" veya "Neman" parçalara ayrılmak üzere verildiğinde, çoğu onları kendi meraklarına feda etti.

Tüp alıcısının güç kaynağı son derece basitti: genellikle yalnızca iki ikincil sargıya, bir diyot köprüsüne veya selenyum doğrultucuya, iki elektrolitik kapasitöre ve aralarında iki watt'lık bir dirence sahip olan güçlü bir güç transformatörü küpü.

İlk sargı, tüm alıcı lambaların parlaklığını alternatif akım ve 6,3V (volt) voltajla besledi ve lambaların anotlarına güç sağlamak için ilkel redresöre yaklaşık 240V geldi. Herhangi bir voltaj stabilizasyonundan söz edilmedi. Radyo istasyonlarının alımının çok dar bantlı ve korkunç kalitede uzun, orta ve kısa dalgalar üzerinde gerçekleştirildiği gerçeğine dayanarak, besleme voltajının stabilizasyonunun varlığı veya yokluğu bu kaliteyi hiç etkilemedi ve orada sadece bu element bazında frekansın düzgün bir şekilde otomatik olarak ayarlanması olamazdı.

O zamanlar stabilizatörler sadece askeri alıcılarda ve vericilerde, tabii ki tüplü olanlarda da kullanılıyordu. Örneğin: SG1P- gaz deşarj stabilizatörü, parmak tipi. Bu durum transistörlerin ortaya çıkışına kadar devam etti. Ve sonra transistörler üzerinde yapılan devrelerin besleme voltajındaki dalgalanmalara karşı çok hassas olduğu ve sıradan bir basit doğrultucunun artık yeterli olmadığı ortaya çıktı. Gaz deşarj cihazlarının doğasında bulunan fiziksel prensip kullanılarak, daha az yaygın olarak Zener diyot olarak adlandırılan yarı iletken bir zener diyot oluşturuldu.

Bir zener diyotunun devre şemalarında grafiksel gösterimi.

Zener diyotların görünümü. Yüzeye montaj paketinde ilk olarak üstte. Üstten ikincisi DO-35 cam kasa içerisindedir ve 0,5 W güce sahiptir. Üçüncüsü 1 W'dir (DO-41). Doğal olarak zener diyotlar çeşitli durumlarda yapılır. Bazen iki unsur tek bir durumda birleştirilir.

Zener diyotun çalışma prensibi.

Öncelikle zener diyotun sadece DC devrelerde çalıştığını unutmamalıyız. Voltaj ona ters polaritede uygulanır, yani zener diyotun anoduna eksi "-" uygulanacaktır. Bu bağlantıyla içinden ters bir akım akar ( varıyorum) doğrultucudan. Doğrultucu çıkışından gelen voltaj değişebilir, ters akım da değişecek ve zener diyottaki ve yükteki voltaj değişmeden kalacak, yani sabit kalacaktır. Aşağıdaki şekil bir zener diyotun volt-amper karakteristiğini göstermektedir.

Zener diyot şekilde görüldüğü gibi I-V karakteristiğinin (Volt-Amper Karakteristiği) ters kolunda çalışır. Ana parametreleri şunlardır: U st. (stabilizasyon voltajı) ve ben. (stabilizasyon akımı). Bu veriler pasaportta belirli bir zener diyot tipi için belirtilmiştir. Ayrıca, maksimum ve minimum akımın değeri yalnızca öngörülen büyük voltaj değişikliğine sahip stabilizatörler hesaplanırken dikkate alınır.

Zener diyotların ana parametreleri.

Doğru zener diyotu seçebilmek için yarı iletken cihazların işaretlerini anlamanız gerekir. Daha önce, zener diyotları da dahil olmak üzere tüm diyot türleri “D” harfi ve ne tür bir cihaz olduğunu belirleyen bir sayı ile gösterilmekteydi. İşte çok popüler bir zener diyotu D814'ün (A, B, C, D) bir örneği. Mektup stabilizasyon voltajını gösteriyordu.

Modern bir zener diyotunun pasaport verilerinin yanında ( 2C147A ), TTL teknolojisi kullanılarak yapılan ve 5V besleme voltajına sahip popüler K155 ve K133 mikro devre serilerindeki devrelere güç sağlamak için stabilizatörlerde kullanıldı.

Modern ev tipi yarı iletken cihazların işaretlerini ve ana parametrelerini anlamak için semboller hakkında biraz bilgi sahibi olmanız gerekir. Şuna benzerler: 1 sayısı veya G harfi - germanyum, 2 sayısı veya K harfi - silikon, 3 sayısı veya A harfi - galyum arsenit. Bu ilk işaret. D - diyot, T - transistör, C - zener diyot, L - LED. Bu ikinci işaret. Üçüncü karakter, cihazın kapsamını belirten bir sayı grubudur. Dolayısıyla: GT 313 (1T 313) - yüksek frekanslı bir germanyum transistörü, 2S147 - 4,7 volt nominal stabilizasyon voltajına sahip bir silikon zener diyot, AL307 - bir galyum arsenit LED'i.

İşte basit ama güvenilir bir voltaj regülatörünün şeması.

Güçlü bir transistörün toplayıcısı ile kasa arasında, doğrultucudan 12 - 15 volta eşit bir voltaj sağlanır. Zener diyot VD1 olarak güvenilir bir D814B elemanı kullandığımız için transistörün vericisinden 9V stabilize voltajı kaldırıyoruz (tabloya bakın). Direnç R1 - 1 kOhm, transistör KT819, 10 ampere kadar akım sağlar.

Transistör bir soğutucu üzerine yerleştirilmelidir. Bu devrenin tek dezavantajı çıkış voltajının ayarlanamamasıdır. Daha karmaşık devrelerde elbette bir ayar direnci mevcuttur. Tüm laboratuvar ve ev amatör radyo güç kaynakları, çıkış voltajını 0 ila 20 - 25 volt arasında ayarlama özelliğine sahiptir.

entegre stabilizatörler.

Entegre mikroelektroniğin gelişimi ve orta ve büyük derecede entegrasyona sahip çok işlevli devrelerin ortaya çıkışı elbette voltaj stabilizasyonuyla ilgili sorunları da etkiledi. Yerli endüstri gerginleşti ve sadece entegre stabilizatörlerden oluşan radyo-elektronik bileşenler pazarına K142 serisini piyasaya sürdü. Ürünün tam adı KR142EN5A idi ancak kasa küçük olduğundan ve isim tamamen kaldırılmadığından KREN5A veya B yazmaya başladılar ve konuşmada bunlara sadece "rulo" denildi.

Serinin kendisi oldukça büyüktü. Harflere bağlı olarak çıkış voltajı değişiyordu. Örneğin, KREN3, ayarlanabilme özelliğiyle 3 ila 30 volt veriyordu ve KREN15, on beş voltluk iki kutuplu bir güç kaynağıydı.

K142 serisinin entegre stabilizatörlerini bağlamak son derece basitti. İki yumuşatma kapasitörü ve dengeleyicinin kendisi. Diyagrama bir göz atın.

Başka bir stabilize voltaj almaya ihtiyaç varsa, o zaman şu şekilde ilerleyin: Diyelim ki KREN5A yongasını 5V'da kullanıyoruz, ancak farklı bir voltaja ihtiyacımız var. Daha sonra ikinci çıkış ile kasa arasına, mikro devrenin stabilizasyon voltajını ve zener diyotu ekleyerek istenen voltajı elde edecek şekilde bir zener diyot yerleştirilir. Mikro devrenin V = 9,1 + 5V'sine bir KS191 zener diyotu eklersek, çıkışta 14,1 volt elde edeceğiz.

Zener diyot, benzersiz özelliklere sahip bir yarı iletken diyottur. Geleneksel bir yarı iletken tekrar açıldığında bir yalıtkan ise, bu işlevi uygulanan voltajın büyüklüğünde belirli bir artışa kadar gerçekleştirir ve ardından çığ benzeri geri dönüşümlü bir arıza meydana gelir. Zener diyottan geçen ters akımın daha da artmasıyla dirençteki orantılı azalma nedeniyle voltaj sabit kalmaya devam eder. Bu şekilde stabilizasyon sağlanabilir.

Kapalı durumda, ilk önce zener diyottan küçük bir kaçak akım geçer. Eleman, direnç değeri büyük olan bir direnç gibi davranır. Arıza sırasında zener diyotun direnci ihmal edilebilir hale gelir. Girişteki voltajı artırmaya devam edersek eleman ısınmaya başlar ve akım izin verilen değeri aştığında geri dönüşü olmayan bir termal bozulma meydana gelir. Konuya getirilmezse voltaj sıfırdan çalışma alanının üst sınırına çıktığında zener diyotun özellikleri korunur.

Zener diyot doğrudan açıldığında özellikleri diyottan farklı değildir. Artı p-bölgesine ve eksi n-bölgesine bağlandığında geçiş direnci küçüktür ve akım içinden serbestçe akar. Giriş voltajı arttıkça artar.

Zener diyot, çoğunlukla ters yönde bağlanan özel bir diyottur. Eleman kapalı durumda ilk sırada yer alır. Elektrik kesintisi durumunda, voltaj zener diyotu geniş bir akım aralığında sabit kalmasını sağlar.

Anoda eksi, katoda artı uygulanır. Stabilizasyonun ötesinde (2 noktasının altında), aşırı ısınma meydana gelir ve elemanın arızalanma olasılığı artar.

Özellikler

Zener diyotların parametreleri aşağıdaki gibidir:

• U st - nominal akım I st'de stabilizasyon voltajı;
• Ben min makalesi - elektrik arızasının başlangıcındaki minimum akım;
• I st max - izin verilen maksimum akım;
• TKN - sıcaklık katsayısı.

Geleneksel diyottan farklı olarak zener diyot, akım-gerilim karakteristiğine göre elektriksel ve termal bozulma bölgelerinin birbirinden yeterince uzakta olduğu bir yarı iletken cihazdır.

İzin verilen maksimum akım, genellikle tablolarda belirtilen bir parametreyle ilişkilidir - dağıtım gücü:

P max \u003d I st max ∙ U st.

Zener diyot işleminin sıcaklığa bağımlılığı pozitif veya negatif olabilir. Elemanları farklı işaret katsayılarıyla seri olarak bağlarken, ısıtma veya soğutmaya bağlı olmayan hassas zener diyotlar oluşturulur.

Anahtarlama şemaları

Basit bir stabilizatörün tipik bir devresi, bir balast direnci Rb ve yükü şöntleyen bir zener diyottan oluşur.

Bazı durumlarda stabilizasyon ihlali söz konusudur.

1. Çıkışta bir filtreleme kapasitörünün varlığında stabilizatöre bir güç kaynağından yüksek voltaj sağlanması. Şarj sırasında akım dalgalanmaları, zener diyotunun arızalanmasına veya Rb direncinin tahrip olmasına neden olabilir.
2. Yük atma. Girişe maksimum voltaj uygulandığında, zener diyotun akımı izin verilen değeri aşabilir, bu da ısınmasına ve tahrip olmasına yol açacaktır. Burada güvenli çalışmanın pasaport alanını gözlemlemek önemlidir.
3. Rb direnci küçük seçilir, böylece mümkün olan minimum besleme voltajında ​​​​ve yükte izin verilen maksimum akımda zener diyot çalışma düzenleme bölgesinde olur.

Stabilizatörü korumak için tristör koruma devreleri veya

Direnç Rb aşağıdaki formülle hesaplanır:

R b \u003d (U pet - U nom) (I st + I n).

Zener diyot akımı I st, giriş voltajı U pit'e ve yük akımı I n'ye bağlı olarak izin verilen maksimum ve minimum değerler arasından seçilir.

Zener diyot seçimi

Elemanların stabilizasyon voltajında ​​geniş bir yayılımı vardır. U n'nin tam değerini elde etmek için aynı partiden zener diyotlar seçilir. Daha dar parametre aralığına sahip tipler vardır. Yüksek güç dağılımı ile elemanlar radyatörlere monte edilir.

Zener diyotun parametrelerini hesaplamak için başlangıç ​​​​verileri gereklidir, örneğin aşağıdakiler:

• U pit \u003d 12-15 V - giriş voltajı;
• U st \u003d 9 V - stabilize voltaj;

Parametreler düşük güç tüketimine sahip cihazlar için tipiktir.

Minimum 12 V giriş voltajı için yük akımı maksimum - 100 mA olarak seçilir. Ohm kanununa göre devrenin toplam yükünü bulabilirsiniz:

R ∑ \u003d 12 V / 0,1 A \u003d 120 Ohm.

Zener diyottaki voltaj düşüşü 9 V'tur. 0,1 A akım için eşdeğer yük şöyle olacaktır:

Re eşdeğeri \u003d 9 V / 0,1 A \u003d 90 Ohm.

Artık balastın direncini belirleyebilirsiniz:

R b \u003d 120 Ohm - 90 Ohm \u003d 30 Ohm.

Değerin hesaplanan değerle örtüştüğü standart seriden seçilir.

Zener diyottan geçen maksimum akım, herhangi bir telin lehimlenmesi durumunda arızalanmaması için yükün bağlantısının kesilmesi dikkate alınarak belirlenir. Direnç üzerindeki voltaj düşüşü şöyle olacaktır:

U R \u003d 15 - 9 \u003d 6 V.

Daha sonra dirençten geçen akım belirlenir:

ben R \u003d 6/30 \u003d 0,2 A.

Zener diyot seri olarak bağlandığı için I c \u003d I R \u003d 0,2 A.

Dağılım gücü P = 0,2∙9 = 1,8 W olacaktır.

Elde edilen parametrelere göre uygun bir Zener diyot D815V seçilir.

Simetrik zener diyot

Simetrik diyot tristör, alternatif akımı ileten bir anahtarlama cihazıdır. Çalışmasının bir özelliği, 30-50 V aralığında açıldığında birkaç volta kadar voltaj düşüşüdür. Karşı bağlantılı iki geleneksel zener diyotla değiştirilebilir. Cihazlar anahtarlama elemanları olarak kullanılır.

Zener diyot analogu

Uygun bir elemanın seçilmesi mümkün olmadığında, transistörlerdeki zener diyotun bir analogu kullanılır. Avantajları voltaj regülasyonu olasılığıdır. Bunun için birkaç kademeli DC yükselteçler kullanılabilir.

Girişe R1'li bir voltaj bölücü takılmıştır. Giriş voltajı artarsa ​​​​transistör VT1 bazında da artar. Aynı zamanda, transistör VT2'den geçen akım da artar, bu da voltaj artışını telafi eder ve böylece çıkışta stabil kalmasını sağlar.

Zener diyot işaretleme

Cam zener diyotlar ve plastik kasalarda zener diyotlar üretilmektedir. İlk durumda, aralarında V harfinin bulunduğu 2 sayı uygulanır.9V1 yazısı, U st \u003d 9,1 V anlamına gelir.

Plastik kasadaki yazılar, diğer parametreleri de bulabileceğiniz bir veri sayfası kullanılarak deşifre edilir.

Kasanın üzerindeki koyu renkli halka, artının bağlı olduğu katodu gösterir.

Çözüm

Zener diyot, özel özelliklere sahip bir diyottur. Zener diyotların avantajı, çok çeşitli çalışma akımı değişikliklerinin yanı sıra basit bağlantı şemaları ile yüksek düzeyde voltaj stabilizasyonudur. Küçük bir voltajı dengelemek için cihazlar ileri yönde açılır ve sıradan diyotlar gibi çalışmaya başlarlar.