Как работает стабилитрон и для чего он нужен?

Основа надежной и бесперебойной работы электронных устройств — стабильное напряжение питания. Для этого используются стабилизированные блоки питания. Можно сказать, что основным элементом, определяющим уровень выходного напряжения блока питания, является полупроводниковый прибор — стабилитрон. Он может быть как основой линейного регулятора, так и пороговым элементом в цепи обратной связи импульсного источника питания. В этой статье мы расскажем читателям сайта Sam Electric об устройстве и принципе работы стабилизатора.

  • Что это?
  • Основные характеристики
  • Легендарные графические символы на графиках
  • Схема электрического подключения
  • Маркировка

Что это такое

В литературе предлагается следующее определение:

Стабилитрон или стабилитрон — это устройство, предназначенное для стабилизации напряжения в электрических цепях. В безопасном режиме работает по принципу реверса. Обладает высокой устойчивостью соединений от сбоев. Текущие токи незначительны. Он широко используется в электронике и электротехнике.

Говоря простым языком, стабилизатор предназначен для стабилизации напряжения в электронных схемах. Он включен в цепь в обратном направлении. Когда напряжение превышает напряжение стабилизации, происходит обратимый электрический отказ pn перехода. Как только это напряжение достигает номинального значения, неисправность прекращается, и ворота закрываются.

На иллюстрации ниже показана схема для манекенов, чтобы понять работу стабилитрона.

Основные преимущества — невысокая стоимость и небольшие габариты. Промышленность выпускает устройства с напряжением стабилизации 1,8 — 400 В в металлических, керамических или стеклянных корпусах. Это зависит от мощности, на которую рассчитан стабилитрон и других характеристик.

Флуоресцентные стабилизаторы используются для стабилизации высоких напряжений от 0,4 кВ до нескольких десятков кВ. Они имеют стеклянный корпус и использовались в параметрических стабилизаторах до появления полупроводниковых устройств.

Аналогичными свойствами обладают устройства, изменяющие свое сопротивление в зависимости от приложенного напряжения — варисторы. Отличие варистора от регулятора в том, что последний имеет двунаправленную симметричную характеристику. Это значит, что в отличие от светодиодов здесь нет полярности. Короче говоря, варисторы предназначены для защиты электронных схем от перенапряжения.

Глушители используются для защиты устройств от скачков напряжения. Разница между варистором и ограничителем заключается в том, что первый постепенно меняет свое внутреннее сопротивление в зависимости от приложенного напряжения. Второй открывается сразу при достижении определенного порога напряжения. Это означает, что его внутреннее сопротивление стремится к нулю. Основная задача глушителей — защита устройств от скачков напряжения.

На рисунке ниже показаны графические обозначения (ГОСТ Уго) полупроводника и его вольт-амперная характеристика.

Раздел 1-2 показан на рисунке. Он работает и предназначен для стабилизации напряжения в цепях. Если устройство включено лицевой стороной, оно будет работать как обычный светодиод.

Рекомендуем посмотреть следующее видео, чтобы подробнее узнать о принципе работы стабилизатора, маркировке элементов и их применении.

Основные характеристики

При проектировании блоков питания следует правильно рассчитать и выбрать соответствующий элемент в соответствии со значениями. Неправильно подобранный стабилитрон сразу выйдет из строя или не будет поддерживать напряжение на необходимом уровне.

Основные особенности:

  • напряжение U

    c


    т.

    стабилизация;
  • Номинальный ток стабилизации I

    Санкт-Петербург

    протекает через стабилизатор;
  • допустимая рассеиваемая мощность;
  • коэффициент температурной стабилизации;
  • динамическое сопротивление.

Эти характеристики определяются производителем и перечислены в справочниках.

Условно графическое обозначение на схемах

Все устройства имеют графическую маркировку. Это нужно для того, чтобы не загромождать схему подключения. Стабилитрон имеет собственное обозначение, которое утверждено стандартом Межгосударственной унифицированной проектной документации (USCD).

На рисунке ниже показано, какон обозначен на схеме по ГОСТ 2.730-73, Стабилитрон обозначен практически как диод, так как по сути это одна из его разновидностей.

Для правильного включения необходимо различать, где плюс, а где минус. Если вы посмотрите на рисунок выше, плюс (анод) слева, а минус (катод) справа. Согласно USCD размеры диода UGO должны быть 5/5 мм. Это показано на рисунке ниже.

Схема подключения

Рассмотрим работу стабилизирующего диода на примере системы параметрического стабилизатора. Это типовая схема. Приведем формулы для расчета стабилизатора.

Предположим, у нас есть 15 вольт, и мы хотим, чтобы на выходе было 9 вольт. По таблице напряжений в справочнике выбираем регулятор D810. Рассчитайте токоограничивающий резистор R1, как показано на рисунке ниже. На нем изображен токоограничивающий резистор и схема подключения. Режим регулирования напряжения отмечен на вольт-амперной характеристике 1,2.

Чтобы предотвратить выход из строя полупроводников, необходимо учитывать ток стабилизации и ток нагрузки. Ток стабилизации определяем на основании справочника.

Это равно 5 мА. На рисунке ниже показана часть справочника.

Предполагается, что ток нагрузки составляет 100 мА:

Если нужен мощный стабилизатор, есть смысл собрать микросхему из стабилизатора и транзистора.

Если вы хотите сделать стабилизатор на небольшое напряжение от 0,2 до 1 В, вы можете сделать это со стабилизатором. Это своего рода стабилизатор, но он работает в прямой ветви IAA и повернут вперед, что является его уникальной особенностью.

Аналогично можно сделать блок питания, когда стабилизатор сделан из диодов. Как и у стабилизатора, они включаются в прямом направлении. Необходимое напряжение получается прямым падением напряжения на диоде, для кремниевых диодов оно находится в пределах 0,5-0,7В. При отсутствии диодов стабилитрон можно собрать из транзистора.

На рисунке ниже показана схема на транзисторе.

Управляемые стабилитроны также доступны в промышленности. Точнее, это микросхема — TL431. Это универсальная система, способная регулировать напряжение от 2,5 до 36 В.

Регулировка производится путем регулировки тяги распорки. На схеме ниже показан стабилизатор 5 В. Делитель построен на резисторах 2,2 кОм.

Специалист должен знать, как использовать мультиметр для проверки работоспособности регулятора. Следует сразу отметить, что проверять можно только однонаправленный элемент, двунаправленный (двунаправленный) такой проверке не подлежит. Если стабилитрон находится в хорошем рабочем состоянии, он покажет обрыв с одной стороны при «прощупывании» тестером и минимальное сопротивление с другой стороны. Неисправный будет звонить в обе стороны.

Маркировка

В зависимости от мощности диода они доступны в различных корпусах. Металлические корпуса повышенной мощности маркируются буквой для данного типа устройства.

На фотографиях ниже показаны устройства, сделанные в Советском Союзе, и как они выглядели.


В настоящее время светодиоды малой мощности производятся в стеклянных корпусах. Маркировка импортных устройств имеет цветовую маркировку. Они отмечены на теле полосами или цветными кольцами.

На рисунке ниже показана маркировка SMD диода.

Бытовые светодиоды в стеклянной упаковке маркируются лентами или кольцами. Тип и параметры можно найти в любом электронном справочнике. Например, зеленая полоса — это стабилитрон KC139A, а синяя полоса (или кольцо) — это KC133A.

Устройства большой мощности в металлической упаковке имеют буквенное обозначение, например D816, как показано на фотографии выше. Это необходимо, чтобы уметь подобрать аналог.

Вы видели, что такое регуляторы, как они работают и для чего используются. Если у вас остались вопросы, смело задавайте их в комментариях под статьей!