Рисунок. 1.4 – Основные параметры стабилитрона
Максимально допустимые параметры. К ним относятся: максимальный Iст.max, минимальный Iст.min токи стабилизации, максимально допустимый прямой ток Imax, максимально допустимая рассеиваемая мощность Pmax.
Принцип работы простейшего полупроводникового стабилизатора напряжения рисунок 1.5 основан на использовании нелинейности вольт-амперной характеристики стабилитронов (рисунок 1.3). Простейший полупроводниковый стабилизатор представляет собой делитель напряжения, состоящий из ограничительного резистора Rогр и кремниевого стабилитрона VD. Нагрузка Rн подключается к стабилитрону.
В этом случае напряжение на нагрузке равно напряжению на стабилитроне
а входное напряжение распределяется между Rогр и VD
Ток через Rогр согласно первому закону Кирхгофа равен сумме токов нагрузки и стабилитрона
Величина Rогр выбирается таким образом, чтобы ток через стабилитрон был равен номинальному, т.е. соответствовал середине рабочего участка.
Согласно условию задачи выберем стабилитрон типа КС456А. Стабилитроны КС456А кремневые, диффузионно-сплавные, средней мощности. Предназначены для стабилизации номинального напряжения 5,6 В в диапазоне токов стабилизации 3…139 мА. Выпускаются в металлостеклянном корпусе с гибкими выводами. Корпус стабилитрона в рабочем режиме служит положительным электродом (анодом). В таблице 5 приведены параметры стабилитрона.
Таблица 1.1 – Основные технические параметры стабилитрона:
Предельные значения параметров при Т=25 ° С
Дифференциальное сопротивление
Стабилитрон в стеклянном корпусе
Мощностью 0,5 Вт
Обозначение стабилитрона
на принципиальных схемах
В стабилитронах, для создания p-n перехода, используются материалы с высокой концентрацией примесей. При относительно небольших обратных напряжениях в p-n переходе возникает сильное электрическое поле, вызывающее его электрический пробой. При этом электрический пробой является обратимым (если конечно не наступит тепловой пробой вследствие слишком большой силы тока).
Обозначение
двуханодного стабилитрона
на принципиальных схемах
Существует большое количество разновидностей стабилитронов:
Стабилитроны отличаются по мощности, существуют мощные стабилитроны и маломощные стабилитроны
Типовая схема
включения стабилитрона
Температурный коэффициент напряжения[править | править код]
Дифференциальное сопротивление
R = 
Зависимость дифференциального сопротивления стабилитронов одного семейства (Motorola, 1970-е годы) от напряжения стабилизации и тока стабилизации [55]
Параметрический стабилизатор — типичные расчеты схемы
В маломощных схемах на нагрузку до 20 миллиампер применяется устройство с малым коэффициентом действия, и называется параметрическим стабилизатором. В устройстве таких приборов имеются транзисторы, стабилитроны и стабисторы. Они применяются в основном в компенсационных устройствах стабилизации в качестве опорных источников питания. Параметрические стабилизаторы в зависимости от технических данных могут быть 1-каскадными, мостовыми и многокаскадными.
Стабилитрон в устройстве прибора подобен подключенному диоду. Но обратный пробой напряжения больше подходит для стабилитрона и является базой его нормальной работы. Эта характеристика нашла популярность для разных схем, где необходимо создавать ограничение сигнала входа по напряжению.
Такие стабилизаторы являются быстродействующими приборами, и защищают участки с повышенной чувствительностью от импульсных помех. Применение таких элементов в новых схемах является показателем их повышенного качества, которое обеспечивает постоянное функционирование в разных режимах.
Схема стабилизатора
Базой этого прибора является схема подключения стабилитрона, применяющаяся и в других видах приборов вместо источника питания.
Схема включает в себя делитель напряжения из балластного сопротивления и стабилитрона, к которому параллельно подключена нагрузка. Устройство выравнивает напряжение на выходе при переменном питании и нагрузочном токе.
Действие схемы происходит следующим образом. Напряжение, повышающееся на входе прибора, вызывает повышение тока, который проходит через сопротивление R1 и стабилитрон VD. На стабилитроне напряжение остается постоянным из-за его вольтамперной характеристики. Поэтому не меняется и напряжение на нагрузке. В итоге все преобразованное напряжение будет приходить на сопротивление R1. Такой принцип действия схемы позволяет сделать расчет всех параметров.
Принцип действия стабилитрона
Если стабилитрон сравнивать с диодом, то при подключении диода в прямом направлении по нему может проходить обратный ток, который имеет незначительную величину в несколько микроампер. При повышении обратного напряжения до некоторой величины возникнет пробой электрический, а если ток очень велик, то произойдет и тепловой пробой, поэтому диод выйдет из строя. Конечно, диод может работать при электрическом пробое при снижении тока, проходящего через диод.
Стабилитрон спроектирован так, что его характеристика на участке пробоя имеет повышенную линейность, а разность потенциалов пробоя достаточно стабильна. Стабилизация напряжения с помощью стабилитрона выполняется при его функционировании на обратной ветви свойства тока и напряжения, а на прямой ветке графика стабилитрон работает как обычный диод. На схеме стабилитрон обозначается:
Параметры стабилитрона
Его главные параметры можно увидеть по характеристике напряжения и тока.
Стабилитрон, подключенный в схеме как простой диод в прямом направлении, характеризуется величинами постоянного напряжения и наибольшим допустимым прямым током.
Расчет параметрического стабилизатора
Добротность функционирования прибора вычисляется по коэффициенту стабилизации, который вычисляется по формуле: Кст U = (ΔUвх / Uвх) / (ΔU вых / Uвых).
Далее расчет стабилизатора с применением стабилитрона производится в сочетании с балластным резистором в соответствии с типом применяемого стабилитрона. Для расчета используются рассмотренные ранее параметры стабилитрона.
Определим порядок расчета на примере. Возьмем исходные данные:
По справочнику подбираем стабилитрон Д 814Б, свойства которого:
Далее вычисляется входное напряжение: Uвх = nст *Uвых, где nст – коэффициент передачи. Функционирование стабилизатора станет эффективнее, если этот коэффициент будет в пределах 1,4-2. Если nст =1,6, то U вх= 1,6 * 9 = 14,4 В.
На следующем шаге производится расчет балластного резистора. Используется формула: R о = (U вх – U вых) / (I ст + I н). Величина тока I ст выбирается: I ст ≥ I н. При изменении U вх на величину Δ Uвх и Iн на ΔIн, не может быть больше тока стабилитрона величин I ст. макс и I ст. мин. Поэтому, I ст берется в качестве среднего допустимой величины в этом интервале и равно 0,015 ампер.
Значит, балластный резистор равен: R о = (14,4 – 9)/(0,015+0,01 )= 16 Ом. Ближнее стандартное значение составляет 220 Ом. Для выбора типа сопротивления, выполняется расчет рассеиваемой мощности на корпусе. Применяя формулу Р = I*2 R о, определяем величину Р = (25*10-3) * 2 * 220 = 0,138 ватт. Другими словами, стандартная мощность сопротивления равна 0,25 ватт.
Поэтому лучше подойдет сопротивление МЛТ — 0,25 — 220 Ом. После осуществления расчетов необходимо проверить правильность выбора режима действия стабилитрона в схеме параметрического прибора. В первую очередь определяется его наименьший ток: Iст. Мин = (U вх – ΔU вх – U вых) / Rо – (I н + ΔI н), с практическими параметрами определяется величина I ст.мин = (14,4–1,44–9) * 103 / 220–(10+2) = 6 миллиампер.
Такая же процедура производится для вычисления наибольшего тока: I ст. макс=(Uвх+ΔUвх–Uвых)/Rо–(Iн–ΔIн). По исходным параметрам, наибольший ток составит: Iст.макс=(14,4 + 1,44 – 9) * 103 / 220–(10 – 2)=23 миллиампер. Если в результате вычисленные значения наименьшего и наибольшего тока превосходят допустимые границы, то необходимо заменить I ст или резистор R о. Иногда требуется замена стабилитрона.
Как посчитать дифференциальное сопротивление стабилитрона
Методы измерения дифференциального сопротивления
Reference diodes.
Methods for measuring differential resistance
Дата введения 1980-01-01
ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 18.07.78 N 1939
Ограничение срока действия снято по протоколу N 2-92 Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 2-93)
ИЗДАНИЕ (август 2002 г.) с Изменением N 1, утвержденным в июне 1982 г. (ИУС 10-82)
Настоящий стандарт распространяется на полупроводниковые стабилитроны и устанавливает два метода измерения дифференциального сопротивления :
— на переменном токе;
— на постоянном токе.
Общие положения при измерении дифференциального сопротивления стабилитронов должны соответствовать требованиям ГОСТ 18986.0-74.
Метод измерения дифференциального сопротивления на переменном токе соответствует СТ СЭВ 3200-81 в части метода измерения дифференциального сопротивления и Публикации МЭК 147-2М (см. приложение 3).
(Измененная редакция, Изм. N 1).
1. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ НА ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ
1.1. Принцип и условия измерения
1.1.1. Метод следует применять:
— для стабилитронов с током стабилизации более 0,25 мА при выполнении условия (1)
для стабилитронов с током стабилизации 0,25 мА и менее при выполнении условия (1) или условия (2)
, (2)
— общая погрешность измерения дифференциального сопротивления на постоянном токе, %.
1.1.3. Значения электрических, температурных режимов измерения дифференциального сопротивления стабилитронов, среда, а также способ закрепления измеряемых приборов должны быть указаны в стандартах или технических условиях на стабилитроны конкретных типов.
(Измененная редакция, Изм. N 1).
1.1.4. Изменение температуры окружающей среды за время измерения должно быть в пределах ±2 °С.
1.2.1. Измерение проводят на установке, электрическая функциональная схема которой приведена на черт.1.
(Измененная редакция, Изм. N 1).
1.2.2. Номинальное сопротивление калибровочного резистора выбирают близким к максимальному измеряемому дифференциальному сопротивлению.
1.2.4. Генератор постоянного тока G2 должен соответствовать следующим требованиям:
— погрешность задания и поддержания тока в процессе измерения должна быть в пределах ±2%;
— выходное сопротивление должно превышать не менее чем в 200 раз максимальное значение измеряемого дифференциального сопротивления на частоте измерения.
1.2.5. Генератор переменного тока при измерении дифференциального сопротивления статической в.а.х. стабилитрона должен обеспечивать частоту, выбираемую из условий:
; (3)
; (4)
10 Гц
, (5)
— максимальное значение измеряемого дифференциального сопротивления, Ом;
— минимальное значение измеряемого дифференциального сопротивления, Ом;
— погрешность за счет выбора частоты измерения, %;
— последовательная индуктивность стабилитрона, Г;
— полная емкость стабилитрона, Ф;
— граничная частота статического режима, определение которой приведено в приложении 2.
При измерении на частотах, выбранных по иным соотношениям, необходимо указывать типовое значение функции 
в рабочем диапазоне частот.
1.2.6. Для стабилитронов с током стабилизации более 0,25 мА максимальное значение переменного тока должно быть в пределах ±10% значения тока стабилизации.
Для стабилитронов с током стабилизации 0,25 мА и менее максимальное значение переменного тока выбирается из условия обеспечения погрешности измерения в заданных пределах (п.1.5.2).
(Измененная редакция, Изм. N 1).
1.2.7. Измеритель переменного напряжения должен удовлетворять следующим требованиям:
— погрешность измерения должна быть в пределах ±4%;
— входное сопротивление должно превышать не менее чем в 200 раз сопротивление калибровочного резистора и максимального измеряемого дифференциального сопротивления;
— неравномерность полосы пропускания при изменении выбранной частоты измерения на ±1% должна быть в пределах ±1%;
— полоса пропускания должна быть такой, чтобы обеспечить подавление шума измеряемых стабилитронов до значения, обеспечивающего измерение с заданной общей погрешностью;
— измерительный прибор должен обеспечивать подавление пульсации тока стабилизации генератора G2 с погрешностью в пределах ±1% среднеквадратического значения переменного тока;
— при наличии у измерительного прибора усилителя с регулируемым коэффициентом усиления его шкала градуируется в единицах сопротивления.
1.2.8. Генератор переменного тока G1 должен удовлетворять следующим требованиям:
— нестабильность максимального значения переменного тока в процессе измерения должна быть в пределах ±1%;
— выходное сопротивление должно превышать не менее чем в 200 раз сопротивление калибровочного резистора и максимальное измеряемое дифференциальное сопротивление;
— нестабильность частоты должна быть в пределах ±1% за 8 ч работы генератора.
1.2.9. Номинальное значение емкости разделительного конденсатора С должно удовлетворять соотношению
, (6)
где 
— выходное сопротивление генератора переменного тока G1, Ом.
1.2.10. Разность сопротивления токоподводящих проводов к измеряемому стабилитрону и к калибровочному резистору не должна превышать 0,005 
.
1.2.9, 1.2.10. (Измененная редакция, Изм. N 1).
1.2.11. Относительные погрешности средств измерения могут отличаться от указанных в настоящем разделе, при этом общая погрешность измерения должна быть в пределах, указанных в п.1.5.
1.3. Проведение измерений
1.3.2. При использовании измерителя переменного напряжения, не имеющего усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, измерение проводят следующим образом:
— измеряют напряжение в положении 1 переключателя S;
— измеряют напряжение в положении 2 переключателя S.
1.3.3. При использовании измерителя переменного напряжения, имеющего усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, измерение проводят следующим образом:
— регулируя коэффициент усиления усилителя измерителя переменного напряжения в положении 1 переключателя S, выставляют на его шкале номинальное значение ;
— в положении 2 переключателя S проводят измерение дифференциального сопротивления.
1.3.2, 1.3.3. (Измененная редакция, Изм. N 1).
1.4. Обработка результатов
1.4.1. При проведении измерений согласно п.1.3.2 дифференциальное сопротивление вычисляют по формуле
. (7)
I. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ
бесплатной онлайн библиотеке «КнигаГо.ру»
Http://knigago.ru
I. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ
Выпрямительные диоды предназначены для выпрямления переменного тока низкой частоты (обычно менее 50 кГц). В качестве выпрямительных используют плоскостные диоды, допускающие благодаря значительной площади контакта большой выпрямленный ток. Вольт-амперная характеристика диода выражает зависимость тока, протекающего через диод, от значения и полярности приложенного к нему напряжения (рис.1.1). Ветвь, расположенная в первом квадранте, соответствует прямому (пропускному) направлению тока, а расположенная в третьем квадранте обратному направлению тока.
Чем круче и ближе к вертикальной оси прямая ветвь, и ближе к горизонтальной обратная ветвь, тем лучше выпрямительные свойства диода. При достаточно большом обратном напряжении у диода наступает пробой, т.е. резко возрастает обратный ток. Нормальная работа диода в качестве элемента с односторонней проводимостью возможна лишь в режимах, когда обратное напряжение не превышает пробивного.
Токи диодов зависят от температуры (см. рис.1.1). Если через диод протекает постоянный ток, то при изменении температуры падение напряжения на диоде изменяется приблизительно на 2 мВ/°С. При увеличении температуры обратный ток увеличивается в два раза у германиевых и в 2,5 раза у кремниевых диодов на каждые 10°С. Пробивное напряжение при повышении температуры понижается.
Unp.oбр— значение обратного напряжения, вызывающего пробой перехода диода;
Inp.cp— средний прямой ток, среднее за период значение прямого тока диода;
Iвп.ср- средний выпрямительный ток, среднее за период значение выпрямленного тока, протекающего через диод (с учетом обратного тока);
Ioбр.cp— средний обратный ток, среднее за период значение обратного тока;
(1.1)
(1.2)
(1.3)
Максимально допустимые параметры определяют границы эксплуатационных режимов, при которых диод может работать с заданной вероятностью в течение установленного срока службы. К ним относятся: максимально допустимое постоянное обратное напряжение Uобр.max; максимально допустимый прямой ток Iпр.max, максимально допустимый средний прямой ток Iпр.ср.max, максимально допустимый средний выпрямленный токIвп.ср.max, максимально допустимая средняя рассеиваемая мощность диода Рср.max.
Указанные параметры приводятся в справочной литературе. Кроме того, их можно определить экспериментально и по вольт-амперным характеристикам.
Рассмотрим пример (рис. 1.2). Рассчитать и сравнить Rдиф, Rпр.д для диода ГД107 при Iпр= 12 мА.
Дифференциальное сопротивление находим как котангенс угла наклона касательной, проведенной к прямой ветви ВАХ в точке Iпр= 12 мА (Rдиф
(1.4)
Прямое сопротивление диода находим как отношение постоянного напряжения на диоде Uпр=0,6В к соответствующему постоянному току Iпр=12мА на прямой ветви ВАХ.
(1.5)
Видим, что Rдиф >Rпр.д, что говорит об односторонней проводимости диода. Вывод об односторонней проводимости можно сделать и непосредственно из анализа ВАХ: прямой ток Iпp
Дата добавления: 2014-12-06 ; просмотров: 35522 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ