Стабилитроны - это обычные диоды с PN переходом, работающие в состоянии обратного смещения. Стабилитрон работает так же, как диод с PN переходом в прямом смещении, но уникальность заключается в том, что он также может проводить, когда он включен в обратном смещении выше его порогового / пробивного напряжения. Это среди основные типы диодов используется часто, кроме обычных диодов.
Стабилитрон рабочий
Полупроводниковый диод в состоянии обратного смещения
Если вы помните, простой диод с PN-переходом образован комбинацией полупроводникового материала p-типа с полупроводниковым материалом n-типа. Когда одна сторона полупроводникового кристалла легирована донорными примесями, а другая сторона - акцепторными примесями, образуется PN переход.
Несмещенный полупроводниковый диод
В нормальных условиях дырки со стороны p имеют тенденцию диффундировать в область низкой концентрации, и то же самое происходит с электронами со стороны n.
Таким образом, дырки диффундируют в n-сторону, а электроны диффундируют в p-сторону. Это приводит к накоплению зарядов вокруг перехода, образуя область истощения.
Несмещенный полупроводниковый диод
Электрическая полярность или электрический диполь формируется поперек перехода, вызывая поток потока с верхней стороны n-й стороны. Это приводит к изменению напряженности отрицательного электрического поля, создавая электрический потенциал на переходе. Этот электрический потенциал фактически является пороговым напряжением диода и составляет около 0,6 В для кремния и 0,2 В для германия. Это действует как потенциальный барьер для потока основных носителей заряда, и устройство не проводит ток.
Теперь, когда нормальный диод смещен так, что отрицательное напряжение прикладывается к стороне n и положительное напряжение к стороне p, говорят, что диод находится в состоянии прямого смещения. Это приложенное напряжение имеет тенденцию уменьшать потенциальный барьер после выхода за пределы порогового напряжения.
В этот момент и позже основные носители пересекают потенциальный барьер, и устройство начинает проводить через него ток.
Когда диод смещен в обратном направлении к вышеуказанному, приложенное напряжение таково, что оно увеличивает потенциальный барьер и препятствует потоку основных носителей. Однако он допускает поток неосновных носителей (дырок в n-типе и электроны в p-типе). По мере увеличения напряжения обратного смещения обратный ток имеет тенденцию к постепенному увеличению.
В определенный момент это напряжение таково, что вызывает пробой обедненной области, вызывая резкое увеличение тока. Здесь в игру вступает стабилитрон.
Принцип работы стабилитрона
Как указано выше, основной принцип работы стабилитрона заключается в том, что диод выходит из строя в состоянии обратного смещения. Обычно бывает два типа поломки - стабилитрон и лавина.
Принцип работы стабилитрона
Пробой Зенера
Этот тип пробоя возникает при напряжении обратного смещения от 2 до 8 В. Даже при таком низком напряжении напряженность электрического поля достаточно велика, чтобы воздействовать на валентные электроны атома так, что они отделены от ядер. Это приводит к образованию подвижных электронно-дырочных пар, увеличивая ток через устройство. Примерное значение этого поля составляет около 2 * 10 ^ 7 В / м.
Этот тип пробоя обычно возникает для сильно легированного диода с низким напряжением пробоя и большим электрическим полем. При повышении температуры валентные электроны получают больше энергии для разрыва ковалентной связи и требуется меньшее количество внешнего напряжения. Таким образом, напряжение пробоя стабилитрона уменьшается с температурой.
Лавина
Этот тип пробоя возникает при напряжении обратного смещения выше 8В и выше. Это происходит для слаболегированных диодов с большим напряжением пробоя. Когда неосновные носители заряда (электроны) протекают через устройство, они имеют тенденцию сталкиваться с электронами в ковалентной связи и вызывать разрушение ковалентной связи. По мере увеличения напряжения кинетическая энергия (скорость) электронов также увеличивается, и ковалентные связи легче разрываются, вызывая увеличение электронно-дырочных пар. Напряжение лавинного пробоя увеличивается с температурой.
3 применения стабилитрона
1. Стабилитрон как напряжение
В цепи постоянного тока, диод Зенера может быть использован в качестве регулятора напряжения или для обеспечения опорного напряжения. Основное применение стабилитрона заключается в том, что напряжение на стабилитроне остается постоянным для большего изменения тока. Это дает возможность использовать стабилитрон в качестве устройства постоянного напряжения или регулятора напряжения.
В любом цепь питания , регулятор используется для обеспечения постоянного выходного напряжения (нагрузки) независимо от изменения входного напряжения или изменения тока нагрузки. Изменение входного напряжения называется линейным регулированием, а изменение тока нагрузки - регулированием нагрузки.
Стабилитрон как регулятор напряжения
Для простой схемы, использующей стабилитрон в качестве регулятора, требуется резистор низкого номинала, подключенный последовательно с источником входного напряжения. Низкое значение требуется для обеспечения максимального прохождения тока через диод, подключенный параллельно. Однако единственным ограничением является то, что ток через стабилитрон не должен быть меньше минимального тока стабилитрона. Проще говоря, для минимального входного напряжения и максимального тока нагрузки ток стабилитрона всегда должен быть Izmin.
При проектировании регулятора напряжения с использованием стабилитрона последний выбирается с учетом его максимальной мощности. Другими словами, максимальный ток через устройство должен быть: -
яМаксимум= Мощность / напряжение стабилитрона
Поскольку входное напряжение и необходимое выходное напряжение известны, проще выбрать стабилитрон с напряжением, примерно равным напряжению нагрузки, то есть Vz ~ = Vили же.
Величина последовательного резистора выбирается равной
R = (Vв– Vс)/(Яzmin+ ЯL), где яL= Напряжение нагрузки / Сопротивление нагрузки.
Обратите внимание, что для напряжений нагрузки до 8 В можно использовать один стабилитрон. Однако для напряжений нагрузки выше 8 В, требующих напряжения стабилитрона более высокого значения, рекомендуется использовать диод с прямым смещением последовательно с диодом Зенера. Это связано с тем, что стабилитрон при более высоком напряжении следует принципу лавинного пробоя, имея положительный температурный коэффициент.
Следовательно, для компенсации используется диод с отрицательным температурным коэффициентом. Конечно, в наши дни используются практические стабилитроны с температурной компенсацией.
2. стабилитрон в качестве опорного напряжения
Стабилитрон в качестве опорного напряжения
В источниках питания и многих других схем, диод Зенера находит свое применение в качестве поставщика постоянного напряжения или опорного напряжения. Единственные условия - входное напряжение должно быть больше напряжения стабилитрона, а резистор последовательного соединения должен иметь минимальное значение, чтобы через устройство протекал максимальный ток.
3. Стабилитрон как фиксатор напряжения.
В цепи с входным источником переменного тока, отличной от нормальной Схема фиксации диода PN , также можно использовать стабилитрон. Диод можно использовать для ограничения пика выходного напряжения до напряжения Зенера на одной стороне и примерно до 0 В на другой стороне синусоидальной формы волны.
стабилитрон в качестве фиксатора напряжения
В приведенной выше схеме в течение положительного полупериода, когда входное напряжение таково, что стабилитрон имеет обратное смещение, выходное напряжение остается постоянным в течение определенного времени, пока напряжение не начнет уменьшаться.
Теперь во время отрицательного полупериода стабилитрон находится в прямом смещенном соединении. Когда отрицательное напряжение увеличивается до порогового напряжения пересылки, диод начинает проводить, а отрицательная сторона выходного напряжения ограничивается пороговым напряжением.
Обратите внимание, что для получения выходного напряжения только в положительном диапазоне используйте два последовательно смещенных стабилитрона.
Рабочие применения стабилитрона
С ростом популярности смартфонов, проекты на базе Android в наши дни предпочитают. Эти проекты предполагают использование Bluetooth технологические устройства. Для работы этих Bluetooth-устройств требуется напряжение около 3 В. В таких случаях, диод Зенера используется для обеспечения ссылки 3V к устройству Bluetooth.
Рабочее применение стабилитрона на Bluetooth-устройстве
Другое применение предполагает использование стабилитрона в качестве регулятора напряжения. Здесь переменное напряжение выпрямляется диодом D1 и фильтруется конденсатором. Это фильтруется напряжение постоянного тока регулируется с помощью диода, чтобы обеспечить постоянное опорное напряжение 15В. Это регулируемое напряжение постоянного тока используется для управления схемой управления, используемой для управления переключением света, как в автоматизированная система управления освещением.
Применение стабилизации напряжения на стабилитроне
Мы надеемся, что смогли предоставить точную, но важную информацию о работе стабилитронов и их применениях. Вот простой вопрос для читателей - почему в стабилизированных источниках питания постоянного тока микросхемы стабилизаторов более предпочтительны, чем стабилитроны?
Дайте свои ответы и, конечно же, свои отзывы в разделе комментариев ниже.
Фото Кредиты
- Стабилитрон, работающий по обучение электронике
- Несмещенный полупроводниковый диод Викимедиа
- Принцип работы стабилитрона что-когда-как
