Что такое стабилитрон и как он работает


Как известно, любой диод пропускает ток в прямом направлении, то есть когда плюс поступает на его анод, а минус - на катод, и не пропускает ток в обратном направлении.

Но среди прочих важных параметров у диода есть такой параметр как максимальное допустимое обратное напряжение. Это максимальное напряжение, приложенное к диоду в обратном направлении, при котором сохраняются его «диодные» свойства.

Допустим, мы подключим к диоду напряжение плюсом к катоду, а минусом к аноду (то есть, в обратном направлении) и станем это напряжение повышать.

Как только это напряжение достигнет «максимального допустимого» значения произойдет пробой диода Он потеряет свои «диодные» свойства и будет пропускать ток в обратном направлении.

Для обычного диода пробой вещь неприятная, часто приводящая к выходу диода из строя. По тяжести последствий таких пробоев бывает два типа:

Необратимый пробой - это выход из строя диода, порча его, поломка, полная непригодность.

Обратимый пробой - это когда диод пробило, но не испортило, то есть, он стал пропускать ток в обратном направлении, но если обратное напряжение на нем понизить то он опять, как ни в чем небывало, перестанет пропускать обратный ток.

Диоды с ярко выраженной склонностью к обратимому пробою выпускают специально, и делают их такими, чтобы этот обратимый пробой наступал при строго определенном обратном напряжении.

Такие диоды называют стабилитронами. А обратное напряжение, при котором происходит обратимый пробой стабилитрона называют напряжением стабилизации.

Теперь посмотрим в чем смысл такого диода Допустим, есть стабилитрон на напряжение стабилизации 10V. Это значит, что если на него подавать обратное напряжение ниже 10V, то он как любой диод, включенный в обратном направлении ток пропускать не будет.

А вот если обратное напряжение на нем достигнет 10V, произойдет обратимый пробой, ток возникнет и будет сильно увеличиваться если мы продолжим повышать напряжение.

Чтобы обратимый пробой не превратился в необратимый этот обратный ток нужно ограничивать, например, обычным резистором (как в случае со светодиодами).

Обозначение стабилитрона, схема подключения

А смысл стабилитрона в том, что если мы соберем схему, показанную на рисунке 2, то при колебаниях входного напряжения Uвх от величины напряжения стабилизации стабилитрона (Uct) до значительно больших величин, напряжение на стабилитроне не будет меняться, и будет равно Uct. Вот на этой основе и построено большинство схем стабилизаторов напряжения.

А схема, показанная на рисунке 2, это и есть простейший стабилизатор напряжения. На рисунке 1 показано обозначение стабилитрона на схеме. Оно похоже на обозначение диода, - треугольник это анод, а черточка - катод. Но у катодной черточки сделан уголок.

Если есть такой уголок, - значит это стабилитрон.

Внешний вид и обозначение стабилитронов на принципиальных схемах

Рис. 1. Внешний вид и обозначение стабилитронов на принципиальных схемах.

Схема подключения стабилитрона

Рис. 2. Схема подключения стабилитрона.

Стабилитроны выпускаются в таких же корпусах, как и диоды, и вообще внешне на них очень похожи. В схеме на рисунке 2 есть резистор R1, который нужен для ограничения тока через стабилитрон.

В справочниках обычно указывают не только напряжение стабилизации, но ток стабилизации, - минимальный и максимальный. Вот, например, популярный стабилитрон Д814А.

Напряжение стабилизации 7,5V, ток стабилизации минимальный 3 мА, максимальный 40 mA. Сопротивление R1 должно быть таким, чтобы ток через стабилитрон лежал в этих пределах, так как при токе ниже минимального (ниже ЗмА) обратимый пробой может и не наступить, либо будет нестабильным, а при токе более 40мА пробой может уже стать необратимым.

Допустим, у нас входное напряжение Ubx изменяется от 10 до 20V. Чтобы стабилитрон Д814А работал, нужно чтобы ток через него был не ниже 3 мА и не выше 40мА.

Так как напряжение стабилизации равно 7,5V, то напряжение, которое падает на R1 (U1) будет в пределах от 10-7,5=2,5V до 20-7,5=12,5V Для тока 40mA при максимальном Ubx сопротивление R1 определяем по Закону Ома:

R1 = 12,5V/0,04А = 312,5 Ом

Для тока 3 мА при минимальном Ubx сопротивление R1 определяем по Закону Ома:

R1 = 2.5V/0.003A = 833,333 От.

Из расчетов получается, что сопротивление R1 для нашего стабилизатора может быть любым в пределах от 312,5 до 833,333 От, например, 470 Ом.

Индикаторы напряжения на стабилитронах

Кроме стабилизаторов напряжения стабилитроны можно использовать и в индикаторах напряжения. На рисунке 3 показана схема индикатора напряжения 9V и больше. В этой схеме есть светодиод HL1, стабилитрон Д814А и токоограничивающий резистор R1.

схема индикатора напряжения 9V и больше

Рис. 3. Схема индикатора напряжения 9V и больше.

Стабилитрон Д814А имеет напряжение стабилизации 7,5V, то есть, он начинает пропускать ток, когда обратное напряжение на нем достигает 7,5V. А светодиод, который в этой схеме, имеет прямое напряжение падения 1,5V. В сумме это будет 9V. Когда напряжение Ubx ниже 9V напряжение на стабилитроне ниже 7,5V и тока через него нет.

Соответственно, нет тока и через светодиод, так как они же включены последовательно. А вот когда напряжение Ubx больше 9V у стабилитрона возникает обратимый пробой, и ток начинает протекать через него и светодиод. Светодиод загорается. На рисунке 4 показана схема индикатора напряжения для автомобиля.

Здесь используются три стабилитрона с разными напряжениями стабилизации: Д814А - 7,5V, Д814В - 9,5V, Д814Д - 12V. И три ярких светодиода с падениями напряжения по 2,5V.

Схема индикатора напряжения для автомобиля, собрана с применением стабилитронов

Рис. 4. Схема индикатора напряжения для автомобиля, собрана с применением стабилитронов.

В результате, когда напряжение Ubx ниже 10V ни один из светодиодов не горит. При напряжении от 10V до 12V горит HL1. При напряжении от 12V до 14,5V будут гореть два светодиода HL1 и HL2. А при напряжении больше 14.5V горят все три светодиода. И, наконец, я вас совсем запутаю.

Помимо стабилитронов есть еще и стабисторы. Так вот многие неопытные радиолюбители путают эти два радиоэлемента. Стабисторы обычно используют для стабилизации малых напряжений, ниже 2V.

Разница в том, что если стабилитрон мы включаем в обратном направлении, и стабилизация достигается на эффекте обратимого пробоя обратным напряжением. Стабисторы же включают как обычные диоды, то есть, в прямом направлении.

А эффект стабилизации у стабистора достигается на начальном участке прямой ветви ВАХ. То есть, напряжение стабилизации стабистора это его прямое напряжение падения (как у светодиода).

Кстати, частенько и светодиоды используют в качестве стабисторов, чтобы получить стабильное малое напряжение, равное прямому напряжению падения на светодиоде.

Андреев С. РК-12-2018.


1 67 Полупроводники
стабилитрон начинающим
Оставить комментарий:

cashback