Dioda Zener - ce este și pentru ce este? Analogii semiconductori ai diodelor Zener Dioda Zener sau Dioda Zener

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 de 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, haideți 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 direct, A

Upr- tensiune directă, V

Acești doi parametri nu sunt utilizați în dioda zener

Uarr– tensiune inversă, V

Ust– tensiune 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.

Diodele Zener (diodele Zener, Z-diodes) sunt concepute pentru a stabiliza tensiunea și modurile de funcționare ale diferitelor componente ale echipamentelor electronice. Principiul de funcționare al diodei zener se bazează pe fenomenul de defalcare Zener a joncțiunii n. Acest tip de defectare electrică apare în joncțiunile semiconductoare polarizate invers atunci când tensiunea crește peste un anumit nivel critic. În plus față de defecțiunea Zener, avalanșa este cunoscută și utilizată pentru a stabiliza tensiunea. În Fig. 1.1.

Ramurile directe ale caracteristicilor curent-tensiune ale diferitelor diode Zener sunt aproape identice (Fig. 1.1), iar ramura inversă are caracteristici individuale pentru fiecare tip de diodă Zener. Acești parametri: tensiune de stabilizare; curent de stabilizare minim și maxim; unghiul de înclinare a caracteristicii curent-tensiune, care caracterizează valoarea rezistenței dinamice a diodei zener („calitatea” acesteia);

putere maximă de disipare; coeficientul de temperatură al tensiunii de stabilizare (TKN) - utilizat pentru calculele circuitelor.

Un circuit tipic de conectare a diodei Zener este prezentat în Fig. 1.2. Valoarea rezistenței de amortizare R1 (în kOhm) se calculează prin formula:

Pentru a stabiliza tensiunea AC sau a limita simetric amplitudinea acesteia la nivelul UCT, se folosesc diode Zener simetrice (Fig. 1.3), de exemplu, tip KS 175. Astfel de diode Zener pot fi folosite pentru a stabiliza tensiunea DC, pornindu-le fără a respecta polaritatea . Puteți obține o diodă zener „simetrică” din două „asimetrice” conectându-le spate în spate, conform circuitului prezentat în Fig. 1.4.

Diodele zener semiconductoare produse industrial vă permit să stabilizați tensiunea pe o gamă largă: de la 3,3 la 180 V. Astfel, există diode zener care vă permit să stabilizați tensiuni joase: 3,3; 3,9; 4,7; 5,6 V este KS133, KS139, KS147, KS156 etc. Dacă este necesar să obțineți o tensiune de stabilizare non-standard, de exemplu, 6,6 V, puteți conecta două diode zener KS133 în serie. Pentru trei astfel de diode Zener, tensiunea de stabilizare va fi de 9,9 V. Pentru o tensiune de stabilizare de 8,0 V, puteți utiliza o combinație de diode Zener KS133 și KS147 (adică 3,3 + 4,7 V) sau o diodă Zener KS175 și o diodă de siliciu ( KD503) - în direcția înainte (adică 7,5+0,5 V).

În situațiile în care este necesară obținerea unei tensiuni stabile mai mici de 2...3 V se folosesc stabistori - diode semiconductoare care funcționează pe ramura directă a caracteristicii curent-tensiune (Fig. 1.1).

Rețineți că în loc de stabilizatori, pot fi utilizate cu succes germaniu (Ge), siliciu (Si), seleniu (Se), arseniură de galiu (GaAs) și alte diode semiconductoare (Fig. 1.5). Tensiunea de stabilizare, în funcție de curentul care circulă prin diodă, va fi: pentru diode cu germaniu - 0,15...0,3 b; pentru siliciu - 0,5...0,7 V.

Deosebit de interesantă este utilizarea diodelor emițătoare de lumină pentru stabilizarea tensiunii (Fig. 1.6) [R 11/83-40].

LED-urile pot îndeplini două funcții simultan: prin strălucirea lor, indică prezența tensiunii și stabilizează valoarea acesteia la nivelul de 1,5...2,2 V. Tensiunea de stabilizare a LED-urilor UCT poate fi determinată prin formula aproximativă: L/Cr=1236 /L. (B), unde X este lungimea de undă a radiației LED în nm [Рл 4/98-32].

Pentru a stabiliza tensiunea, poate fi utilizată ramura inversă a caracteristicii curent-tensiune a dispozitivelor semiconductoare (diode și tranzistori), care nu sunt destinate în mod specific acestor scopuri (Fig. 1.7, 1.8 și, de asemenea, Fig. 20.7). Această tensiune (tensiune de rupere a avalanșelor) depășește de obicei 7 V și nu este foarte repetabilă chiar și pentru dispozitivele semiconductoare de același tip. Pentru a evita deteriorarea termică a dispozitivelor semiconductoare în timpul unui astfel de mod de funcționare neobișnuit, curentul prin acestea nu trebuie să depășească fracțiuni de miliamperi. Astfel, pentru diodele D219, D220, tensiunea de ruptură (tensiunea de stabilizare) poate fi în intervalul de la 120 la 180 V [P 9/74-62; R 10/76-46; R 12/89-65].

Pentru stabilizarea tensiunilor joase se folosesc circuitele prezentate în Fig. 1,9 - 1,12. Circuitul (Fig. 1.9) [Goroshkov B.I.] folosește o conexiune paralelă „diodă” a două tranzistoare de siliciu. Tensiunea de stabilizare a acestui circuit este de 0,65...0,7 V pentru tranzistoarele cu siliciu și aproximativ 0,3 V pentru tranzistoarele cu germaniu. Rezistența internă a unui astfel de analog stabistor nu depășește 5...10 Ohmi cu un coeficient de stabilizare de până la 1000...5000. Cu toate acestea, atunci când temperatura ambientală se modifică, instabilitatea tensiunii de ieșire a circuitului este de aproximativ 2 mV pe grad.

În diagrama din fig. 1,10 [R 6/69-60; VRYA 84-9] a folosit conexiunea secvenţială a tranzistoarelor cu germaniu şi siliciu. Curentul de sarcină al acestui analog al unei diode zener poate fi de 0,02... 10 mA. Dispozitivele prezentate în fig. 1.11 și 1.12 [Рл 1/94-33], utilizează conexiunea spate la spate a tranzistorilor structurilor p-p-p și p-p-p și diferă doar prin aceea că, pentru a crește tensiunea de ieșire într-unul dintre circuite, o diodă de siliciu este conectată între bazele tranzistoarelor (unul sau mai multe). Curentul de stabilizare al analogilor diodelor zener (Fig. 1.11, 1.12) poate fi în intervalul 0,1...100 mA, rezistența diferențială în secțiunea de lucru a caracteristicii curent-tensiune nu depășește 15 ohmi.

Tensiunile joase pot fi de asemenea stabilizate folosind tranzistoare cu efect de câmp (Fig. 1.13, 1.14). Coeficientul de stabilizare al unor astfel de circuite este foarte mare: pentru un circuit cu un singur tranzistor (Fig. 1.13) atinge 300 la o tensiune de alimentare de 5... 15 V, pentru un circuit cu două tranzistoare (Fig. 1.14) sub același condiţiile depăşeşte 1000 [P 10/95-55]. Rezistența internă a acestor analogi de diode zener este de 30 ohmi și, respectiv, 5 ohmi.

Un stabilizator de tensiune poate fi obținut folosind un analog dinistor ca o diodă zener (Fig. 1.15, vezi și Capitolul 2) [Goroshkov B.I.].

Pentru a stabiliza tensiunile la curenți mari în sarcină, se folosesc circuite mai complexe, prezentate în Fig. 1,16 - 1,18 [R 9/89-88, R 12/89-65]. Pentru a crește curentul de sarcină, este necesar să folosiți tranzistori puternici instalați pe radiatoare.

Un stabilizator de tensiune care funcționează într-o gamă largă de variații ale tensiunii de alimentare (de la 4,5 la 18 6) și care are o valoare a tensiunii de ieșire ușor diferită de limita inferioară a tensiunii de alimentare, este prezentat în Fig. 1.19 [Goroshkov B.I.].

Tipurile de diode zener și analogii lor discutate mai devreme nu permit reglarea lină a tensiunii de stabilizare. Pentru a rezolva această problemă, se folosesc circuite de stabilizatoare paralele reglabile, similare diodelor zener (Fig. 1.20, 1.21).

Un analog al unei diode zener (Fig. 1.20) vă permite să schimbați fără probleme tensiunea de ieșire în intervalul de la 2,1 la 20 V [R 9/86-32]. Rezistența dinamică a unei astfel de „diode zener” la un curent de sarcină de până la 5 mA este de 20...50 ohmi. Stabilitatea temperaturii este scăzută (-3x10"3 1/°C).

Analogul de joasă tensiune al diodei zener (Fig. 1.21) vă permite să setați orice tensiune de ieșire în intervalul de la 1,3 la 5 V. Tensiunea de stabilizare este determinată de raportul dintre rezistențele R1 și R2. Rezistența de ieșire a unui astfel de stabilizator paralel la o tensiune de 3,8 V este aproape de 1 Ohm. Curentul de ieșire este determinat de parametrii tranzistorului de ieșire și pentru KT315 poate ajunge la 50... 100 mA.

Circuitele originale pentru obținerea unei tensiuni de ieșire stabile sunt prezentate în Fig. 1.22 și 1.23. Dispozitivul (Fig. 1.22) este un analog al unei diode zener simetrice [E 9/91]. Pentru un stabilizator de joasă tensiune (Fig. 1.23), factorul de stabilizare a tensiunii este 10, curentul de ieșire nu depășește 5 mA, iar rezistența de ieșire variază de la 1 la 20 ohmi.

Un analog al unei diode zener de tip diferențial de joasă tensiune din Fig. 1,24 are stabilitate crescută [P 6/69-60]. Tensiunea sa de ieșire depinde puțin de temperatură și este determinată de diferența de tensiuni de stabilizare a două diode Zener. Stabilitatea crescută a temperaturii se explică prin faptul că atunci când temperatura se schimbă, tensiunea pe ambele diode zener se modifică simultan și în proporții apropiate.

Literatură: Shustov M.A. Proiectare de circuite practice (Cartea 1), 2003

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.

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.
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.
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.

CITITORII SUGEREAZA-

ANALOG ~ PUTERNIC

Pentru a stabiliza tensiunea de alimentare a sarcinii, ei folosesc adesea cel mai simplu stabilizator parametric (Fig. 1), în care puterea de la redresor este furnizată printr-un rezistor de balast, iar o diodă Zener este conectată în paralel cu sarcina.

Un astfel de stabilizator este operațional la curenți de sarcină care nu depășesc curentul maxim de stabilizare pentru un stabilizator dat. Și dacă curentul de sarcină este semnificativ mai mare, folosesc o diodă zener mai puternică, de exemplu, seria D815, care permite o limită de stabilizare de 1... 1,4 A (D815A).

Dacă o astfel de diodă zener nu este disponibilă, o va face una de putere redusă, dar trebuie utilizată împreună cu un tranzistor puternic, așa cum se arată în Fig. 2. Rezultatul este un analog al unei diode zener puternice, care oferă o tensiune destul de stabilă pe sarcină chiar și la un curent de 2 A, deși curentul maxim de stabilizare al stabilizatorului KS147A indicat în diagramă este de 58 mA.

Analogul funcționează așa. Atâta timp cât tensiunea de alimentare care vine de la redresor este mai mică decât tensiunea de rupere a diodei zener, tranzistorul este închis, curentul prin analog este nesemnificativ (ramura orizontală directă a caracteristicii volt-ampere a analogului prezentat în Fig. .3), pe măsură ce tensiunea de alimentare crește, dioda Zener se sparge, curentul începe să circule prin ea și tranzistorul se deschide ușor (isog-

diodă Zener

nuca parte a caracteristicii). O creștere suplimentară a tensiunii de alimentare duce la o creștere bruscă a curentului prin dioda Zener și tranzistor și, prin urmare, la stabilizarea tensiunii de ieșire la o anumită valoare (ramură verticală a caracteristicii), ca într-un stabilizator parametric convențional.

Efectul de stabilizare se realizează datorită faptului că, în modul de defectare, dioda zener are o rezistență diferențială scăzută și un feedback negativ profund este efectuat de la colectorul tranzistorului la baza sa. Prin urmare, pe măsură ce tensiunea de ieșire scade, curentul prin dioda Zener și baza tranzistorului va scădea, ceea ce va duce la o scădere semnificativ mai mare (de câteva ori)

curent de colector, ceea ce înseamnă o creștere a tensiunii de ieșire. Când tensiunea de ieșire crește, se va observa procesul invers -

Valoarea tensiunii de ieșire stabilizată este determinată prin însumarea tensiunii de stabilizare a diodei zener cu tensiunea joncțiunii emițătorului tranzistorului deschis (^0,7 V pentru un tranzistor cu siliciu și 0,3 V pentru un tranzistor cu germaniu). Curentul maxim de stabilizare al analogului va fi de aproape ori mai mare decât același

parametrul diodei Zener utilizat. În consecință, puterea disipată pe tranzistor va fi de același număr de ori mai mare decât puterea diodei zener.

Din relațiile de mai sus este ușor de concluzionat că coeficientul de transmisie statică al unui tranzistor puternic nu trebuie să fie mai mic decât coeficientul consumului maxim de curent al sarcinii împărțit la curentul maxim de stabilizare al diodei zener. Curentul maxim admisibil de colector al tranzistorului și tensiunea dintre colector și emițător trebuie să depășească curentul de stabilizare analogic și respectiv tensiunea de ieșire specificate.

Când utilizați un tranzistor cu structură pnp, acesta trebuie conectat în conformitate cu cel prezentat în Fig. 4 schema. În acest exemplu de realizare, tranzistorul poate fi montat direct pe șasiul structurii alimentate, iar părțile rămase ale analogului pot fi montate pe bornele tranzistorului.

Pentru a reduce ondularea tensiunii de ieșire și a reduce rezistența diferențială a analogului, un condensator de oxid cu o capacitate de 100.. 500 μF poate fi conectat în paralel la bornele diodei zener.

În concluzie, puțin despre coeficientul de tensiune de temperatură (TCV) al analogului. Când utilizați diode zener de precizie din seria D818, KS191, analogul TKN va fi semnificativ mai rău decât dioda zener TKN. Dacă se folosește o diodă Zener cu o tensiune de stabilizare mai mare de 16 V, TKN-ul analogului va fi aproximativ egal cu TKN-ul diodei Zener, iar cu diode Zener D808 - D814, TKN-ul analogului se va îmbunătăți.

I. KURSKY

DE LA EDITOR. Articolul lui I. Kursky nu ridică problema alegerii unui rezistor de balast, ținând cont că aveți deja un circuit stabilizator parametric și trebuie doar să selectați o diodă zener puternică. Dacă nu există un astfel de circuit, utilizați recomandările pentru calcularea rezistenței de balast date în articolul lui V. Krylov „Stabilizator simplu de tensiune” din Radio, 1977, nr. 9, p. 53, 54

Deși la pregătirea colecției s-au selectat în mod special schemele care folosesc elementele cele mai comune, disponibile pe scară largă și ieftine, nu ar fi greșit să se indice ordinea de utilizare a altor elemente care în mod egal sau cu mare succes le înlocuiesc pe cele lipsă.

Când înlocuiți un element cu altul, se recomandă să folosiți mai întâi literatura de referință. Într-o scurtă anexă, chiar dacă se dorește, este imposibil să enumerați toate opțiunile posibile pentru înlocuirea elementelor, deoarece există mai mult de o duzină de nume de diode semiconductoare numai. Cu toate acestea, este posibil să se ofere o abordare generală a posibilei utilizări a unor elemente de dispozitiv în locul altora.

Să începem cu diodele semiconductoare. În mod convențional, toate diodele semiconductoare utilizate în colecție sunt împărțite în diode cu germaniu de înaltă frecvență de putere mică (diode tip D9B - D9Zh), impuls de siliciu de putere redusă (frecvență înaltă) - KD503A și siliciu (frecvență joasă) - KD102A ( B). Litera de la sufixul (capătul) desemnării elementului (A, B, C etc.) înseamnă o variantă a modelului de bază, diferită într-un fel de restul.

În publicațiile străine, diodele de uz general sunt adesea desemnate într-un singur mod: acestea sunt diode universale de joasă frecvență sau de înaltă frecvență cu germaniu sau siliciu. Cu excepția cazului în care proiectul specifică cerințe speciale pentru diode, cerințele minime pentru acestea sunt:

Diode cu germaniu sau siliciu de înaltă frecvență - cu o tensiune inversă maximă de cel puțin 30 V (în raport cu circuitele de colectare - chiar și 15 V), curent direct de cel puțin 10 mA. Frecvența de operare - nu mai mică de câțiva MHz.

Diode cu germaniu de înaltă frecvență: D9B - D9Zh; GD402 (1D402); GD507; GD508\GD511 si altii.

Comutare diode de siliciu: KD503 (2D503); KD504\ KD509 - KD512] KD514; KD520 - KD522 și altele.

Diode de joasă frecvență (putere) - cu o tensiune inversă maximă de cel puțin 300 V, curent direct de cel puțin 100 mA. Frecvența de funcționare - nu mai mică de câțiva kHz.

Diode de joasă frecvență din siliciu: KD102 - KD105\D226 și altele cu o tensiune de funcționare nu mai mică decât tensiunea utilizată într-un anumit circuit.

Desigur, dispozitivele semiconductoare care au performanțe mai mari și sunt adesea mai scumpe (proiectate pentru un curent de funcționare mai mare, o frecvență maximă mai mare, o tensiune inversă mai mare etc.) pot înlocui cu succes dioda recomandată în colecție, o diodă de model învechit.

Când înlocuiți diodele zener, în primul rând ar trebui să acordați atenție tensiunii de stabilizare. Toate circuitele de colectare folosesc predominant diode zener de putere redusă. În prezent, este disponibilă o gamă largă de diferite diode Zener, care sunt adesea interschimbabile fără nicio rezervă. După cum sa menționat deja într-una dintre secțiunile cărții, vezi Capitolul 1, o diodă Zener pentru orice tensiune crescută sau nestandard poate fi compusă din alte diode Zener conectate în serie sau combinația lor cu un lanț de germaniu polarizat direct și (sau) diode de siliciu.

Problemele înlocuirii complete a dispozitivelor semiconductoare sunt, de asemenea, discutate în Capitolul 1.

Când înlocuiți tranzistoarele, ar trebui să vă ghidați după următoarele. Pentru aceste dispozitive există și o împărțire în siliciu, germaniu, tranzistori de joasă frecvență, de înaltă frecvență, de mare putere, de joasă putere etc.

Această colecție prezintă cel mai adesea cele mai comune tranzistoare produse de industrie de peste 30 de ani, acestea sunt KT315 - structuri p-p-p de înaltă frecvență și de putere redusă. Antonimele lor structurale sunt KT361. Printre tranzistoarele de siliciu de mare putere, aceasta este structura KT805 p-p-p; germaniu de putere redusă de înaltă frecvență - GT311 (1T311) p-p-p și antonimele lor structura p-p-p - GT313 (1T313). Principalele caracteristici ale acestor tranzistoare sunt prezentate mai sus.

Pentru toate aceste tranzistoare, desigur, există o selecție mare de dispozitive semiconductoare redundante echivalente și înrudite, uneori diferind de prototip doar prin nume.

Principalele criterii de înlocuire sunt următoarele: tensiunea maximă de funcționare la colectorul tranzistorului, curentul maxim de colector, puterea maximă disipată la colector, frecvența maximă de funcționare, coeficientul de transfer de curent. Mai rar, pentru circuitele prezentate în colecție, mărimea tensiunii reziduale colector-emițător și caracteristicile de zgomot ale tranzistorului sunt semnificative.

Când înlocuiți un tranzistor cu altul, niciunul dintre acești parametri nu trebuie subestimat sau înrăutățit. În același timp, în comparație cu modele destul de vechi de tranzistoare, varietățile lor moderne au absorbit automat și evolutiv proprietăți care sunt evident îmbunătățite în comparație cu strămoșii lor îndepărtați.

Deci, de exemplu, tranzistoarele de tip KT315 pot fi înlocuite cu tranzistoare mai avansate de tip KT3102 (tranzistoare de siliciu de înaltă frecvență cu zgomot redus), KT645 (tranzistoare de înaltă frecvență, mai puternice, de dimensiuni mici), etc., care au caracteristici evident mai bune.

Tranzistoarele KT361 pot fi înlocuite cu tranzistoare de tip KT3107 (tranzistoare cu siliciu de înaltă frecvență cu zgomot redus) sau altele similare.

Tranzistoarele puternice de tip KT805 (2T805), utilizate în circuitele de colectare în principal în treptele de ieșire ULF și stabilizatoarele de tensiune, pot fi înlocuite fără a deteriora funcționarea circuitelor cu analogi, tranzistoare din seria KTVxx (2T8xx) a structurii p-p-p, unde xx este numărul de serie al dezvoltării. Excepții de la această serie sunt tranzistorii KT809, KT812, KT826, KT828, KT838, KT839, KT846, KT856 etc.

Trebuie remarcat faptul că, dacă în timpul funcționării tranzistorul se încălzește vizibil, înseamnă că modul său de funcționare este selectat incorect, sunt utilizate rezistențe de alte evaluări sau există o eroare de instalare. Dacă funcționarea unui tranzistor la un curent de colector crescut este asigurată de condițiile de funcționare ale unui anumit circuit, iar tranzistorul se încălzește vizibil, ar trebui să vă gândiți să înlocuiți acest element cu unul mai puternic sau să luați măsuri pentru a-l răci. De obicei, un simplu radiator sau utilizarea unui ventilator vă permite să creșteți puterea admisibilă disipată de un element semiconductor (tranzistor sau diodă) de 10...15 ori.

Uneori, un dispozitiv semiconductor puternic (diodă sau tranzistor) poate fi înlocuit cu dispozitive de putere redusă conectate în paralel. Cu toate acestea, atunci când includeți acest lucru, trebuie luate în considerare următoarele. Deoarece în timpul fabricării dispozitivelor semiconductoare, chiar și din același lot de producție, proprietățile lor diferă considerabil, cu o simplă conexiune paralelă, sarcina asupra acestora poate fi distribuită extrem de neuniform, ceea ce va provoca arderea secvențială a acestor dispozitive. Pentru a distribui uniform curenții în diode și tranzistoare conectate în paralel, este dificil să se includă un rezistor cu o rezistență de câțiva până la zeci de ohmi în serie cu dioda sau în circuitul emițător al tranzistorului.

In cazul in care este necesara folosirea unei diode semiconductoare proiectate pentru inalta tensiune, inlocuirea se poate face prin conectarea mai multor diode de acelasi tip, proiectate pentru joasa tensiune, in serie. Ca și înainte, pentru a asigura o distribuție uniformă a tensiunii inverse, care este cea mai periculoasă pentru funcționarea ansamblului de diode, un rezistor cu o rezistență de câteva sute de kOhmi la câțiva megaohmi ar trebui conectat în paralel la fiecare dintre diodele ansamblului. . Desigur, sunt cunoscute și scheme similare de conectare pentru tranzistori, dar sunt rareori utilizate. În orice caz, pentru circuitele prezentate în colecție, astfel de înlocuiri nu vor fi necesare, deoarece toate circuitele sunt proiectate în principal pentru alimentarea cu energie de joasă tensiune.

La înlocuirea tranzistoarelor cu efect de câmp, situația este mult mai complicată. Deși tranzistorii cu efect de câmp înșiși au apărut pe paginile revistelor și cărților cu destul de mult timp în urmă, gama lor nu este atât de reprezentativă, iar răspândirea parametrilor este mai pronunțată. Înlocuirea tranzistoarelor cu efect de câmp de fabricație străină poate fi deosebit de dificilă. În ceea ce privește circuitele colecției, așa cum s-a spus mai devreme, acesta utilizează doar elementele cele mai accesibile, inclusiv tranzistoarele cu efect de câmp.

În diagramele prezentate pe paginile colecției, întâlnim în mod repetat utilizarea capsulelor telefonice într-un scop oarecum neobișnuit - simultan ca circuite oscilante de joasă frecvență și emițători de sunet. Practic, produse standard și utilizate pe scară largă sunt folosite ca astfel de capsule telefonice. Aceasta este o capsulă telefonică de tip TK-67, utilizată în telefoane produse pe plan intern, și o cască de tip TM-2 (TM-4), utilizată de obicei în dispozitivele pentru deficiențe de auz. Desigur, aceste capsule telefonice pot fi înlocuite cu altele autohtone sau străine care au proprietăți similare, totuși, în unele cazuri, poate fi necesară selectarea capacității condensatorului (de exemplu, dacă această capsulă telefonică are un oscilator rezonant de joasă frecvență). circuit).