Сходинка шоста. Напівпровідникові діоди, частина друга (початок)


Статью просмотрели: 546 человек

Сходинка шоста. Напівпровідникові діоди

Продовження

Доброго здоров'я, шановний читачу. Продовжимо огляд діодів.

Практична частина – виготовлення простого корпусу для базового універсального модуля регулятора-стабілізатора напруги.

------------

Деякі приклади застосування діодів

Мікроподільник напруги.

Нам уже відомо, що коли струм проходить через діод на ньому відбувається падіння напруги, яке складає приблизно 0.6 В для кремнієвих діодів (германієві діоди мають падіння приблизно 0.2 В, Шоттки – близько 0.3 В, ці значення можуть дещо відрізнятися, що залежить від конкретного типу діода). Чому б не використати таку особливість з'єднавши декілька діодів послідовно. При такому з'єднанні загальний рівень падіння напруги ряду буде становити суму індивідуального падіння напруги на кожному окремому діоді. Схеми таких мікроподільників напруги часто використовуються у колах, де потрібна невеличка фіксована різниця напруг. На відміну від резистивних подільників напруги, застосування діодів раціонально виправдане. У такому подільнику відсутні втрати цінної енергії на нагрівання компонентів подільника, до того ж він забезпечує більш стабільний поділ малих рівнів напруги.

Давайте перевіримо. Для цього використаємо Breadboard (контактну макетну плату), та джерело напруги (модуль живлення) для неї. Ви уже знайомі із цим пристроєм, принаймні, я писав про нього раніше. Можете використати також чотири 

елементи живлення у касеті, але тоді ваша напруга на шинах буде дещо нестабільною, бо залежатиме від розряду джерела ЕРС.

Я використав не три, а чотири кремнієві діоди. Роздивіться фото і підрахуйте яке вийшло середнє реальне падіння напруги на діоді.    

Стабілізація малих рівнів напруги.

У наступному прикладі з'єднано також три діоди, але на базі них реалізована проста схеми стабілізації досить низького рівня напруги, яка дорівнює сумі падінь напруги на кожному з використаних елементів: 0.6 В + 0.6 В + 0.6 В = 1.8 В. Знову ж таки, реальне падіння напруги може відрізнятися від задекларованого, тож і напруга стабілізації буде відповідною. Спробуйте зібрати схему на макетній платі і перевірити результат.

Послідовний резистор R обирається із розрахунку невеличкого струму через діоди, який не повинен перевантажувати як власну потужність резистора, так і діодів.

Для проведення досліду я використав обидва резистори по 1 кОм. Його наслідки ви можете роздивитися на зображенні нижче.

Слід знати, що для стабілізації малих рівнів напруги існують спеціалізовані компоненти – стабістори, втім, по суті, це ті ж самі діоди, які працюють на прямій гілці своєї ВАХ (вольт-амперної характеристики).

Для стабілізації більших рівнів напруги доцільніше використовувати стабілітрони (ми їх будемо розглядати), або ж ІС (інтегральні стабілізатори).

Захист від переполюсування живлення

Приєднання джерела живлення з помилкою полярності, тобто навпаки, може бути фатальними для обладнання. Найліпший захист – використання механічних систем блокування від помилкового приєднання. Втім, навіть миттєва подача напруги зворотної полярності (в разі помилки) інколи може призвести до суттєвих проблем.

Послідовний діод. Це найпростіший вид захисту. Його можна застосовувати як при живленні від батарей, так і від зовнішніх джерел перетворення змінного струму. Діод дозволяє протікати струму при правильному приєднанні, але блокує потік, якщо полярність увімкнення джерела струму зворотна. Недоліком такого виду захисту є те, що діод створює додаткове навантаження. Падіння напруги на кремнієвому діоді скорочує час роботи обладнання, забираючи відразу близько 0.6 В від мобільного джерела живлення. Найбільш доцільним варіантом у такому захисті є діоди Шотткі, саме завдяки низькому рівню такого падіння напруги.

Паралельний діод. При використанні джерел живлення з високим вихідним імпедансом (комплексним опором), скажімо, лужні батарейки, захиститися від зворотного увімкнення можна за допомогою паралельного (шунтового) діода. Такий варіант захищає навантаження не впливаючи на якість його роботи, але призводить до споживання досить високого миттєвого струму від батареї, якщо її встановити неправильно. Діод повинен бути підібраний належним чином, з урахуванням його потужності при струмі, який становить практично струм КЗ.

Інколи можна зустріти застосування паралельного діода у захисті вимірювальної головки (мікроамперметра). Він її блокує від зворотного струму, під час помилкового приєднання вимірювальних дротів.

У складніших конструкціях, які працюють на елементах живлення, застосовуються спеціальні ІС або транзисторні схеми захисту. Вони мають практично нульове падіння напруги і одночасно забезпечуючи ряд інших спеціальних функцій. Скажімо, температурний захист, моніторинг рівня напруги і т. ін.

Резервування живлення

Такий простий пристрій можна реалізувати за допомогою двох діодів увімкнених за логікою "АБО". Пристрій, який потребує живлення, буде його отримувати або від мережевого БЖ, або, під час припинення його роботи, від резервного джерела. Перемикач працює автоматично. Блок-схему приладу наведено на малюнку.

Давайте розглянемо його роботу.

Якщо вхідний перемикач увімкнений, стабілізатор живиться від 12 вольтового БЖ через діод D1. Діод D2 не пропускає струм, бо має більш позитивний потенціал на катоді.

12.0 – 0.6 (падіння напруги на D1) = +11.4 В.

11.4 (напруга на катоді D2) – 9.0 (напруга на аноді D2) = 2.4 В (різниця напруг на виводах D2).

Коли напруга живлення 12 В від мережевого БЖ зникає (з різних причин), D1 закривається, бо на його аноді напруга падає до 0 В. D2 відкривається, бо на його аноді напруга стає більш позитивною відносно катоду (точки з'єднання D1 та D2), тому стабілізатор напруги споживача починає живитися від акумулятора. До того ж, діод D1 блокує проходження струму від акумулятора до вихідних кіл мережевого БЖ.

Така схема резервування живлення має такий самий недолік, що й наведена вище схема захисту від переполюсування з використанням послідовного діода – втрати потенціалу від падіння напруги на діоді, що обмежує мінімально можливу напругу віддачі акумулятора. Стан, звісна річ, у якійсь мірі рятує діод Шотки, з його власним падінням напруги на рівні 0.3-0.4 В.

Більш професійні конструкції резервування живлення реалізовані на транзисторах та спеціалізованих ІС, для них не характерне падіння напруги у колах споживачів.

Стримування перехідних процесів

Розповсюдженим місцем застосування кремнієвих діодів є схеми з використанням виконавчих електромагнітних механізмів. Тобто механізмів з індуктивною складовою.

Нам уже відомо, що індуктивність накопичує енергію, і при вимкненні живлення ця енергія повертається у зовнішні кола. Такий процес розряду накопиченого потенціалу відбувається у вигляді затухаючих коливань і може мати сплески амплітуди від декількох сотень, до тисяч вольтів. Якщо пристроями управління індуктивними механізмами є напівпровідникові елементи, сумарна амплітуда затухаючих коливань їхнього індуктивного розряду цілком здатна "спалити" таке управління.

Розглянемо для прикладу електромагнітне реле.

З метою запобігання виходу з ладу елементів схем управління, паралельно обмотці електромагнітного реле вмикають діод для гамування індуктивних сплесків (fly-back діод). Такий діод повністю нівелює амплітуду негативних півперіодів розряду індуктивності. Це захищає не лише елементи комутації, а й запобігає повторним спрацюванням реле після зняття сигналу управління, яке може реагувати на досить потужні імпульси коливань призводячи до так званого "брязкоту" контактів. Увага, діод повинен бути увімкнений так, як намальовано у схемі, увімкнення навпаки – ефекту не матиме!

На малюнку вище ви бачите схему реалізації блокування перехідного процесу на реле за допомогою діода. Поруч – осцилограму затухаючих коливань у точці А після вимкнення сигналу управління електромагнітом у схемі без діода, та з діодом.

Осцилограму можна побачити на екрані осцилографа – приладу для візуалізації процесів, які відбуваються в електронних колах, наглядного спостереження за сигналами. Вважаю цей пристрій одним з основних компонентів лабораторії аматора, а тому надалі ми обов'язково розглянемо його та навчимося із ним працювати.

Діоди для стримування перехідних процесів часто використовуються у схемах з електродвигунами, які після вимкнення напруги живлення якийсь час здатні продукувати перехідну напругу, що може пошкодити електронні ключі управління.

Випрямлячі

Беручи до уваги назву діодів – випрямні, звісно ж, що самим розповсюдженим і базовим їхнім місцем застосування є випрямляння змінної напруги. Позаяк ця тема досить велика, а ми невдовзі будемо розглядати окрему тему-сходинку "Живлення електронних пристроїв", то детально з принципами випрямлення змінного струму, видами випрямлячів, помножувачів напруги ознайомимося саме там.

Подані приклади є оглядовими і не повними, бо для розкриття такої теми слід би було написати цілий трактат. Поза нашою увагою лишається цілий розділ високочастотної схемотехніки, де діоди використовуються для детектування, обмеження сигналів. Втім, обмеження імпульсних сигналів за допомогою діодів, як і формування на діодах елементів оперативної пам'яті чи елементів бінарної логіки розглянемо пізніше у відповідних розділах ознайомлення з цифровою електронікою.

Стабілітрони (діоди Зенера)

Стабілітрон (або інакше діод Зенера), це той же самий напівпровідниковий діод, от тільки його призначення дещо інше. Він використовується не для випрямляння напруги, хоч і може виконувати таку функцію, а для її стабілізації, тобто, підтримання незмінності якогось рівня напруги у колаж живлення електронного обладнання. Зовні він схожий на діоди у корпусах серії DO-35 (зверніть увагу на попередній допис), більш потужніші стабілітрони мають суцільно-пластиковий корпус серії DO-41. Ще зустрічаються стабілітрони у металевих корпусах, які колись були у вжитку, а може навіть десь і продовжують виготовлятися досі, не знаю. Як і будь-які сучасні елементи, стабілітрони мають також і SMD варіанти.

Стабілітрон працює неначе двосторонні ворота для прикладеного струму. У прямому увімкненні він відкривається як і будь-який діод напругою близько 0.6 В. У зворотному це зробити важче, адже його відкриття відбувається нормованою напругою електричного пробою. Така напруга різна і залежить від типу стабілітрона. Номенклатура таких типів напівпровідникових елементів охоплює діапазон від 1.8 до 200 В, а потужність лежить у межах від 0.25 до 50 Вт.

Конструктивно кремнієвий стабілітрон є відповідником кремнієвого діода. А от відмінність полягає у тому, що працює він не на прямій гілці ВАХ (вольт-амперна характеристика), яка є робочою для основної маси діодів, а на зворотній. На тій ділянці, де незначні зміни зворотної напруги викликають суттєву зміну зворотного струму через нього.

Давайте розберемося у суті цього явища. Для цього намалюємо ВАХ стабілітрона де, як і належить, вертикальна вісь буде віссю струму, а горизонтальна – віссю напруги, зворотна характеристика буде зображена у лівому нижньому квадранті.

Отже, стабілітрон працює на ділянці своєї зворотної характеристики і щоб це стало можливим його, на відміну від діода, завжди вмикають у коло навпаки! Тобто, анод приєднується до негативного полюса, а катод – до позитивного. При такому увімкненні через стабілітрон потече зворотний струм.

Ви бачите узагальнену ВАХ стабілітрона. Від нуля (перетину осей струму та напруги) до точки U ст min напруга зростає поступово із невеличким збільшенням струму. У точці U ст min відбувається електричний пробій p-n переходу і струм різко збільшується. Збільшення струму, у порівнянні з ростом зворотної напруги, досить значне. При подальшому збільшенні струму через стабілітрон, більше ніж I ст max, p-n перехід неминуче перегрівається і зазнає незворотного теплового пробою. Компонент виходить з ладу.

Характеристика кожного стабілітрона має властиву йому напругу стабілізації U ст. Яка відповідає певному струму через нього І ст ср. Це ідеальний варіант.

На практиці струм через стабілітрон зазнає певних змін, які обумовлені нагріванням від температури довкілля, зміни струму через елементи, що покликані стабілізувати його (наприклад, резистор із його власним ТКО), температурною реакцією кристалу напівпровідника самого стабілітрона на струм, що протікає крізь нього. Тому технічні характеристики пристрою мають обумовлену ΔІ (зону І ст) та ΔU (зону U ст) у яких здатність елемента підтримувати стабільну напругу не виходить за межі його надійної роботи. Гадаю, ви зрозуміли, що Δ(дельта)І це ширина зони дозволеного робочого струму, а ΔU – зона у якій зберігається здатність стабілітрона надійно стабілізувати задекларовану напругу. Реагуючи на зовнішні та внутрішні температурні чинники напруга стабілізації, під час роботи, зазнаватиме певних змін. Такі зміни нормуються величиною ТКНС (Температурний Коефіцієнт Напруги Стабілізації).

Отже, нормальним робочим станом стабілітрона є робота у зоні електричного пробою. У свою чергу вона ділиться на зону тунельного та лавинного пробою.

Власне кажучи, фізик Зенер відкрив та описав ефект саме тунельного пробою, та склалося так, що діодами Зенера почали називати усю групу стабілітронів. Чому я згадав про це, звісно ж не для того, щоб забити голову аматора зайвою інформацією, ні. Не вдаючись до глибокого аналізу фізики процесів, які відбуваються у напівпровіднику в різних зонах пробою, слід знати, що такі напівпровідникові елементи мають різний ТКНС.

Стабілітрони, для яких характерна робота у зоні тунельного пробою, а це діоди зі стабілізацією наруги до межі 5-6 вольтів, мають негативний ТКНС. А от стабілітрони, які працюють у зоні лавинного пробою, а це відповідно діоди зі стабілізацією напруги більше за 5-6 вольтів, мають позитивний ТКНС. Це основна їхня практична відмінність. Напруга стабілізації елементу з негативним ТКНС з часом, від нагріву, буде поступово зменшуватися, а позитивний ТКНС даватиме приріст напруги. Такі зміни напруги не дуже великі, але про це слід знати та враховувати у своїх конструкціях.

А що ж стабілітрони, які працюють на межі 5-6 вольтів? Беручи до уваги те, що вони працюють на межі зон різного фізичного пробою, такі діоди виявилися найменш чутливими до змін температури. Особливу стабільність ТКНС мають стабілітрони із напругою стабілізації 5.1-5.6 В. Використовуючи цей ефект промисловість виробляє навіть прецизійні (особливо точні) стабілітрони, вони мають мізерний температурний коефіцієнт напруги стабілізації.   

Практичні поради

Основні характеристики, які слід враховувати при виборі стабілітрона:

номінальна напруга стабілізації Uст;

мінімальна напруга стабілізації Uст min;

максимальна напруга стабілізації Uст max;

номінальний струм стабілізації Iст;

мінімальний струм стабілізації Іст min;

максимальний струм стабілізації Iст max;

температурний коефіцієнт напруги стабілізації ТКНС.

Призначення цих характеристик досить детально роз’яснено вище.

Існують інші характеристики, які описують поведінку стабілітрона у колі стабілізації напруги, це зворотний струм просочування (reverse leakage current) та динамічний опір (dynamic resistance). Вони мають практичну цінність для розрахункового прогнозу поведінки цього компонента у колах, і використовується більш досвідченими аматорами та конструкторами.

Для прикладу, розглянемо таблицю параметрів деяких стабілітронів фірми VISHAY.

Це малопотужні стабілітрони із максимальним струмом стабілізації до потужності 500 мВт. Не здивовані? Чому я описую максимальний струм стабілізації рівнем максимальної потужності?

 

Саме на підставі графіка з того ж таки технічного паспорту (Datasheet), де у графічній формі зображено ΔІ стабілітронів з різними номінальними напругами стабілізації. Максимальна потужність стабілітронів цього типу – 500 мВт. Як визначити максимальний струм маючи відому максимальну потужність та напругу стабілізації ми вже знаємо. Не забувайте лише, що максимальне значення – це межа життєздатності елемента. 

Роздивившись графіки зображені на малюнку Fig.8 можемо зробити висновок, що для стабілітронів різної напруги межа зони струму стабілізації буде різною і обмеженою їхньою максимальною потужністю.

Зверніть увагу на температурний коефіцієнт напруги стабілізації стабілітронів 5.1-5.6 В у таблиці наведеній вище. Він, як і очікувалося, коливається через нульове значення у межах від негативного до позитивного.

До речі, характеристики елементів вказані при температурі 25°С та струмі стабілізації 5 мА, про що виробник і повідомляє. Про це також не слід забувати!

На малюнку нижче наведено стандартну схему практичного застосування стабілітрона. Це так званий параметричний стабілізатор напруги. При такому увімкненні через стабілітрон протікає зворотний струм від джерела живлення через баластний резистор R.

Номінал баластного резистора обирається в залежності від робочого струму конкретного виду стабілітрона. Тобто, вхідна напруга стабілізатора поділена на опір баластного резистора (Uвх/R), повинна дати в результаті бажаний струм, який і буде визначати робочу точку стабілітрона та його напругу стабілізації U ст. Напруга джерела живлення може коливатися у певних межах, це, звісно ж, призведе до змін струму через стабілітрон. Та якщо такі зміни будуть відбуватися у межах Зони І ст, напруга стабілізації не зазнаватиме суттєвих змін, вона відповідатиме задекларованим характеристикам компонента бо її величина не виходитиме за межі Зони U ст. Напруга Uвих на схемі стабілізатора відповідатиме напрузі стабілізації стабілітрона.

Схоже стабілітрон реагує і на зміни струму споживання споживачем. Адже збільшення струму споживання призведе до зменшення струму через стабілітрон і навпаки. Та якщо такі коливання будуть у межах дозволеної зони, напруга буде підтримуватися у належних межах.

Стосовно позначення стабілітронів на електронних схемах, то відрізняється цей символ від позначення діода лише маленькою додатковою рисочкою на кінці символу катода. Зверніть увагу на схему стабілізатора наведену вище.

На справність стабілітрон перевіряється так само, як і діод. Та й поводить він себе під час перевірки так само.

Втім, додам, що існує певна група прецизійних стабілітронів внутрішня структура яких, з метою компенсації ТКНС, складається з двох елементів: власне стабілітрона та включеного послідовно-зустрічно діода з протилежним температурним коефіцієнтом. Такі елементи компенсують температурну залежність один одного і як наслідок, прецизійний стабілітрон має дуже маленьку температурну похибку. Але у зв'язку з такою внутрішньою будовою, елемент неможливо перевірити на справність мультиметром. Його можна протестувати лише на імпровізованому стенді. Найяскравішим представником групи таких стабілітронів вважаю Д818. Цей стабілітрон у металевому корпусі з напругою стабілізації 9.0 В та малим ТКНС, досить часто зустрічається у старих конструкціях, а подекуди його можна навіть дотепер знайти у продажу. Тож якщо вам зустрінеться стабілітрон, який не можна перевірити мультиметром, тобто, він буде показувати надзвичайно великий опір, практично обрив – не поспішайте його викидати. З'ясуйте його конструктивні особливості та перевірте на стенді.

Імпровізований стенд для перевірки стабілітронів

Маючи у своєму розпорядженні контактну макетну плату дуже легко зібрати перевірочний стенд.

Розташування компонентів на платі повторює наведену вище схему стабілізатора напруги. Лишається тільки подати напругу живлення від нашого регулятора-стабілізатора (або ж іншого джерела живлення) на вхід та приєднати дроти мультиметра у режимі вольтметра на вихід для контролю величини стабілізованої напруги. Це простий та дієвий метод перевірки стабілітронів.

Номінал баластного резистора близько 2 кОм. Такий резистор обмежить струм через стабілітрон при живленні стенду від 12 В на рівні одиниць міліамперів.

Не забувайте! Стабілітрон вмикається у схему навпаки, бо працює на зворотній гілці ВАХ. І ще одне. Напруга на вході перевірочного стенда повинна бути більшою за очікувану напругу стабілізації стабілітрона.

Я використав джерело живлення від блоку зарядки акумуляторів бездротового дриля, воно дає близько 25 В випрямленої нестабільної напруги. Нижче подаю дві світлин з результатами вимірів. Як регулятор-стабілізатор використав пристрій виготовлений у наших практичних розділах, стосовно закінчення роботи над яким прочитаєте нижче у практичній частині допису. Мультиметр ліворуч показує напругу на вході імпровізованого стенду, праворуч – результат роботи стабілітрона, тобто стабілізовану напругу. На стабілітроні маємо маркування 6.8 В, реально він утримує напругу на рівні 7.0 В. Струм через стабілітрон при використанні баластного резистора 2.0 кОм при 25 В буде близько 10 мА. Тобто, у межах дозволеного.

При напрузі входу меншій за 8.0 В, стабілітрон втрачає здатність утримувати заявлену напругу.

Тож ви можете побачити, що при зміні вхідної напруги утричі, з 8.0 до 24.9 В, на виході параметричного стабілізатора вона змінюється лише на 70 мВ. Стабілітрон працює!

Нижче, для ознайомлення, перевірка старенького вживаного стабілітрона Д814Д, його паспортна напруга стабілізації від 11.5 до 14.0 В. Що вийшло у мене подивіться нижче:

На жаль перевірка стабілітронів з напругою стабілізації більшою ніж максимальна напруга виходу джерела живлення неможлива, це я до того, що для перевірки таких елементів 12.0 В на виході БЖ недостатньо. У той же час, для перевірки попереднього стабілітрону з напругою стабілізації 7.0 В, цілком би вистачило живлення 12.0 В.

Приклад орієнтовного розрахунку для споживача

Усе наведене вище стосувалося імпровізованого стенду для оцінки працездатності стабілітрона, там він виконував свої функції у холостому режимі (без навантаження).

Давайте розглянемо як розрахувати прецизійний стабілізатор для реального споживача.

Для прикладу, нам потрібно отримати стабільну напругу 6.8 В для живлення якогось споживача від напруги живлення 10.0 В. Схема стабілізатора нам відома.

На вході Uвх маємо 10.0 В. Використаємо стабілітрон серії BZX55 (інформацію про неї наведено вище у таблиці). Максимальна потужність цієї серії 0.5 Вт. Пам'ятаючи про правило 50-70 зупинимося на потужності 70% від максимальної 0.5х0.7=350 мВт.

Визначимо струм рівня максимальної потужності через стабілітрон:

Іст = Потужність/Напруга стабілізації = 0.35/6.8 = 51 мА.

Знайдемо мінімально можливу величину баластного резистора:

Rб = (Напруга вхідна – Напруга стабілізації)/Максимальний струм =

                                                                   (10-6.8)/0,051= 62 Ом.

При такій величині баластного резистора, через стабілітрон, за умови відсутності навантаження та напрузі живленні стабілізатора 10.0 В, протікатиме максимально дозволений струм. А Із (струм загальний) = Іст (струм стабілітрона).

Приймемо опір Rн навантаження стабілізатора величиною 500 Ом. Таке навантаження споживатиме:

Ін = Напруга стабілізації/Опір навантаження = 6.8/500 = ∼14 мА.

Тоді струм через стабілітрон:

Іст = Струм загальний(Із) – Струм навантаження(Ін) = 51-14 = 37 мА.

Отже, подібне навантаження не призводить до виходу струму через стабілітрон за межі зони стабілізації і він буде виконувати свої функції.

Навіть отримавши першу розрахункову величину можна сказати, що за таких умов стабілізатор вправиться із навантаженням зі струмом споживання до 45 мА. Але, напруга на вході стабілізатора може бути не завжди стабільною, тоді розрахунки слід провести з мінімальним та максимальним її значенням.

Якщо потужності стабілітрона серії BZX55 для живлення якогось споживача не вистачає. Зверніть увагу на потужнішу серію 1N47(1W) чи 1N53(5W) або оберіть схему збільшення потужності стабілітрона наведену нижче.

Такі прості конструкції параметричних стабілізаторів надійні, життєздатні і на практиці використовуються досить часто.

Слід додати, що стабілітрони допускають послідовне з'єднання. При такому з'єднанні напруга стабілізації групи є сумою напруг стабілізації кожного окремого елемента. До ланки послідовно з'єднаних стабілітронів можна включати навіть кремнієві діоди. З урахуванням їхнього падіння напруги 0.6 В можна отримати нестандартні рівні напруг стабілізації, до того ж, вищу температурну стабільність.

До речі, про послідовне поєднання стабілітрона та кремнієвого діода я уже згадував. Така внутрішня структура характерна для деяких прецизійних стабілітронів, зокрема серії Д818 (дивіться вище), саме тому їх неможливо перевірити мультиметром.

А якщо замість кремнієвого діода пристрій утворений поєднанням у своїй структурі двох однакових стабілітронів (катод до катода), то такий стабілітрон називають двох-анодним. Для них теж характерна мала температурна залежність, бо ТКНС двох однакових діодів компенсуватиме одне одного, і до того ж він не має чітко обумовленого катоду та аноду. Як його не вмикай, він буде виконувати свою функцію стабілізації напруги. Адже прямо увімкнений стабілітрон працюватиме на прямій гілці ВАХ неначе звичайний кремнієвий діод з падінням напруги 0.6 В, а зворотно увімкнений працюватиме, відповідно, на зворотні гілці ВАХ, як звичайний стабілітрон із властивою йому напругою стабілізації. Напруга стабілізації двох-анодного елементу буде складатися з напруги стабілізації обернено увімкненого стабілітрона та падіння напруги на прямо увімкненому.

Приклади кіл зі стабілітронами

Двополярне живлення від однієї обмотки трансформатора

Для прикладу, спосіб отримання двополярного живлення від одного джерела за допомогою двох стабілітронів. Вони обираються з однаковими значеннями напруги стабілізації та потужності для бажаного поділу напруги і навантаження. Як і вказувалося раніше, температурна залежність стабілітронів робить такий спосіб менш точним, ніж використання двох окремих інтегральних регуляторів. Втім, це надзвичайно проста альтернатива для некритичних кіл споживання.

 

Збільшення потужності стабілітрона

Праворуч наведено просту схему, яка ефективно здатна збільшити рівень потужності (здатність передавати великий струму) стабілітрона. Основним регулюючим елементом у цій схемі є потужний напівпровідниковий транзистор (розгляд цих елементів на черзі). Стабілітрон отримує невеличку частину загального струму, який розподіляється між ним та транзистором. Разом із резистором R2 він створює базову напругу управління, що і дозволяє керувати струмом силового транзистора, та змінювати поточний струм колектора-емітера відповідно до зміни потреб навантаження. R1 у цій схемі повинен забезпечувати і струм стабілітрона, і транзистора, і навантаження.

 

Лінійний індикатор напруги

Наступна схема – простий вольтметр, який використовує послідовність стабілітронів зі збільшенням напруги пробою. Світлодіоди спалахують послідовно, якщо зростає вхідна напруга. Зверніть увагу, тут використані діоди Зенера з різною напругою стабілізації. Більшість світлодіодів найкраще працюють при струмі близько 20 мА. Баластні резистори підібрані таким чином, щоб забезпечити через світлодіод струм не менший за 15 мА. Більш чіткий результат роботи матимемо при використанні супресорів. Такий простенький лінійний вольтметр можна використати для індикації бортової напруги автомобіля. Звісно ж при використанні АЦП (аналого-цифрового перетворювача) разом з мікроконтролером та РК (рідкокристалічним) дисплеєм чи світлодіодною матрицею, можна створити більш досконалий варіант пристрою.

Супресори (TVS (Transient Voltage Suppressor) діоди), захисні діоди

Призначення цих елементів – слідкувати за діючою напругою та захистити кола споживача у разі її перевищення. Як на мене, то по своїй суті це той самий стабілітрон, який зазнає електричного пробою у випадку перевищення його нормованої напруги захисту. Та й позначається він на схемах так само, як і стабілітрон у міжнародній символіці. Від стабілітрона цей елемент відрізняється потужним кристалом здатним витримувати значні струми без теплового пробою. Тож після припинення дії перенапруги супресор повертається до виконання своєї функції.

Давайте розглянемо найуживаніший варіант використання TVS-діода на практиці. Зверніть увагу, супресор, як і стабілітрон працює на зворотній гілці ВАХ, тому вмикається до кіл навпаки, як і стабілітрон. На вхід модуля захисту від перенапруги подано якусь напругу, а з його виходу знімається та ж сама напруга для подальшого живлення споживача. Давайте уявимо що навантаженням схеми захисту є споживачі з напругою живлення 9.5 В. Тоді, для захисту їх від перевищення напруги застосуємо супресор P6KE10A його робоча напруга 10.0 В. Поки напруга живлення буде не більшою за 10.0 В, супресор перебуватиме в режимі очікування. Якщо джерело живлення зазнає аварії і до споживача спробує потрапити напруга більша за напругу обмеження, супресор увімкнеться, викликавши КЗ (коротке змикання) на шинах живлення. Струм, який починає зростати, призведе до перегорання запобіжника, надходження перевищеної напруги припиниться, супресор повернеться до робочого стану очікування. Слід сказати, що цей процес відбувається дуже швидко, бо однією з переваг TVS-діода є його швидкодія, тому споживач не встигне постраждати від перевищення напруги.

Зверніть увагу на потужність обраного нами супресора, вона становить 600 Вт, а це 60 амперів струму, які здатен витримати елемент. Але такий струм супресор не може витримувати безмежно довго, цей час завжди вказаний у технічному паспорті. Та навіть у тому випадку, якщо захисний діод виходить з ладу з-за теплового пробою, технічно він влаштований так, що назавжди залишиться у стані КЗ, тобто не розриває кола навіть після знищення.

Інколи у схожих захисних схемах можна зустріти звичайні стабілітрони. Так, стабілітрон теж може працювати виконуючи таку функцію, втім, слід визнати, що супресор працює надійніше, хоча б з урахуванням вищенаведених фактів.

 

Продовження статті за посиланням

 

 

Комментарии к статье

Отсутствуют
  • Вы, клиент нашего интернет-магазина? Войдите чтобы оставить комментарий
    Войдите
    Впервые в интернет-магазине? Чтобы продолжить вам нужно зарегистрироваться, это займет несколько минут
    Зарегистрируйтесь
Наверх