Стабілітрон - що це таке і для чого він потрібен?

Стабілітрон - це напівпровідниковий діод з унікальними властивостями. Якщо звичайний напівпровідник при зворотному включенні є ізолятором, то він виконує цю функцію до певного зростання величини прикладеної напруги, після чого відбувається лавиноподібний оборотний пробій. При подальшому збільшенні протікає через стабілітрон зворотного струму напруга продовжує залишатися постійним за рахунок пропорційного зменшення опору. Таким шляхом вдається домогтися стабілізації режиму. У закритому стані через стабілітрон спочатку проходить невеликий струм витоку. Елемент поводиться як резистор, величина опору якого велика. При пробої опір стабілітрона стає незначним. Якщо далі підвищувати напругу на вході, елемент починає грітися і при перевищенні струмом допустимої величини відбувається незворотний тепловий пробій. Якщо справу не доводити до нього, при зміні напруги від нуля до верхньої межі робочої області властивості стабілітрона зберігаються.


Коли безпосередньо включається стабілітрон, характеристики не відрізняються від діода. При підключення плюса до p-області, а мінуса - до n-області опір переходу мало і струм через нього вільно протікає. Він наростає зі збільшенням вхідної напруги. Стабілітрон - це особливий діод, що підключається більшою частиною в зворотному напрямку. Елемент спочатку знаходиться в закритому стані. При виникненні електричного пробою напруги стабілітрон підтримує його постійним у великому діапазоні струму. На анод подається мінус, а на катод - плюс. За межами стабілізації (нижче точки 2) відбувається перегрів і підвищується ймовірність виходу елемента з ладу.

Характеристики

Параметри стабілітронів наступні:

U ст - напруга стабілізації при номінальному струмі I ст ;

I ст min - мінімальний струм початку електричного пробою;

I ст max - максимальний допустимий струм;

ТКН - температурний коефіцієнт.

На відміну від звичайного діода, стабілітрон - це напівпровідниковий пристрій, в якого на вольт-амперній характеристиці галузі електричного і теплового пробою розташовані досить далеко один від одного.


З максимально допустимим струмом пов'язаний параметр, часто вказується в таблицях - потужність розсіювання: P max = I ст max • U ст . Залежність роботи стабілітрона від температури може бути як з позитивним ТКН, так і негативним. При послідовному з'єднанні елементів з різними знаками коефіцієнтами створюються прецизійні стабілітрони, що не залежать від нагріву або охолодження.

Схеми включення

Типова схема простого стабілізатора, складається з баластного опору R б і стабілітрона, що шунтує навантаження. У деяких випадках відбувається порушення стабілізації.

Подача на стабілізатор великої напруги від джерела живлення при наявності на виході фільтруючого конденсатора. Кидки струму при його зарядці можуть викликати вихід з ладу стабілітрона або руйнування резистора R б .

Відключення навантаження. При подачі на вхід максимального напруги струм стабілітрона може перевищити допустимий, що призведе до його розігріву і руйнування. Тут важливо дотримуватися паспортну область безпечної роботи.

Опір R б підбирається невеликою, щоб при мінімально можливій величині напруги живлення і максимально припустимому струмі на навантаженні стабілітрон перебував у робочій зоні регулювання.

Для захисту стабілізатора застосовуються тиристорні схеми захисту або плавкі запобіжники.
Резистор R б розраховується за формулою: R б = (U піт - U ном )(I ст + I н ). Струм стабілітрона I ст вибирається між допустимими максимальним і мінімальним значеннями, в залежності від напруги на вході U піт і струму навантаження I н .

Вибір стабілітронів

Елементи мають великий розкид по напрузі стабілізації. Щоб отримати точне значення U н , стабілітрони підбираються з однієї партії. Є типи з більш вузьким діапазоном параметрів. При великій потужності розсіювання елементи встановлюють на радіатори. Для розрахунку параметрів стабілітрона необхідні вихідні дані, наприклад, такі:

U піт = 12-15 В - напруга входу;

U ст = 9 - стабілізовану напругу;

R н = 50-100 мА - навантаження.

Параметри характерні для пристроїв з невеликим споживанням енергії. Для мінімального вхідного напруги 12 В струм на навантаженні вибирається по максимуму - 100 мА. За законом Ома можна знайти сумарну навантаження ланцюга: R ? = 12 В /01 А = 120 Ом. На стабілітроні падіння напруги становить 9 Ст. Для струму 01 А еквівалентне навантаження складе: R екв = 9 /01 А = 90 Ом. Тепер можна визначити опір баласту: R б = 120 Ом - 90 Ом = 30 Ом. Воно вибирається зі стандартного ряду, де значення збігається з розрахунковим. Максимальний струм через стабілітрон визначається з урахуванням відключення навантаження, щоб він не вийшов з ладу у разі, якщо який-небудь провід отпаяется. Падіння напруги на резисторі складе: U R = 15 - 9 = 6 Ст. Потім визначається струм через резистор: I R = 6/30 = 02 А. Оскільки стабілітрон підключений до нього послідовно, I c = I R = 02 А. Потужність розсіювання складе P = 02•9 = 18 Вт. За отриманими параметрами підбирається відповідний стабілітрон Д815В.

Симетричний стабілітрон

Симетричний діодний тиристор являє собою перемикаючий прилад, який проводить змінний струм. Особливістю його роботи є падіння напруги до декількох вольт при включенні в діапазоні 30-50 Ст. Його можна замінити двома зустрічно включеними звичайними стабілітронами. Пристрої застосовують в якості перемикаючих елементів.

Аналог стабілітрона

Коли не вдається підібрати відповідний елемент, використовують аналог стабілітрона на транзисторах. Їх перевагою є можливість регулювання напруги. Для цього можна застосовувати підсилювачі постійного струму з декількома ступенями. На вході встановлюють дільник напруги з підлаштування резистором R1. Якщо вхідна напруга зростає, на базі транзистора VT1 воно також збільшується. При цьому зростає струм через транзистор VT2 який компенсує збільшення напруги, підтримуючи тим самим його стабільним на виході.

Маркування стабілітронів

Випускаються скляні стабілітрони і стабілітрони в пластикових корпусах. У першому випадку на них наносяться 2 цифри, між якими розташовується буква V. Напис 9V1 означає, що U ст = 91 Ст. На пластиковому корпусі написи розшифровуються за допомогою даташита, де також можна дізнатися інші параметри. Темним кільцем на корпусі позначається катод, до якого підключається плюс.

Висновок

Стабілітрон - це діод з особливими властивостями. Перевагою стабілітронів є високий рівень стабілізації напруги при широкому діапазоні зміни робочого струму, а також прості схеми підключення. Для стабілізації малого напруги прилади включають в прямому напрямку, і вони починають працювати як звичайні діоди.