Для чего нужен зенкер: Зенкер по металлу – зачем он нужен и что с ним делать? + Видео

Вы когда-нибудь задумывались, почему мы используем стабилитрон в обратном смещении, в отличие от обычных диодов, которые работают в прямом смещении? Это связано с тем, что стабилитроны предназначены для «ломки». Большинство из нас знакомы с универсальными и выпрямительными диодами. Однако существует несколько других типов диодов, которые предназначены для специальных целей. Одним из них является диод Зенера. Итак, что такое стабилитрон и чем он отличается от обычного диода?

Что такое диод Зенера?

Зенеровский диод представляет собой кремниевый pn соединительный элемент, который позволяет току течь не только в прямом направлении, как типичный кремниевый или германиевый диод, но также и в обратном направлении, если напряжение превышает напряжение пробоя, известное как Напряжение колена Зенера или просто Напряжение Зенера , названное в честь Кларенса Мелвина Зенера, первооткрывателя этого электрического свойства.

Схематический символ обычного диода имеет прямую линию, обозначающую катод, а стабилитрон имеет изогнутую линию, напоминающую букву Z (Zener). Это имеет большой смысл, верно?

Как работает стабилитрон?

Стабилитроны действуют как обычные диоды при прямом смещении. Однако они предназначены для того, чтобы позволить току течь в обратном направлении, когда обратное напряжение равняется его номинальному напряжению Зенера. В отличие от обычных выпрямительных диодов, которые никогда не предназначены для работы при пробое или вблизи него, стабилитрон предназначен для работы в области пробоя. Пробой диода происходит, когда вы прикладываете обратное напряжение смещения к диоду.

Зенеровский диод, работающий при пробое, действует как регулятор напряжения, поскольку он поддерживает почти постоянное напряжение, равное напряжению Зенера, на своих клеммах в заданном диапазоне значений обратного тока. Это постоянное падение напряжения на стабилитроне, вызванное обратным пробоем, представлено символом напряжения постоянного тока.

Лавинный и зенеровский пробой

Чтобы лучше понять, как работают стабилитроны, давайте рассмотрим два типа обратного пробоя в стабилитроне: лавинный и стабилитрон пробой. Лавинный эффект возникает как в выпрямителе, так и в стабилитронах при достаточно высоком обратном напряжении. С другой стороны, пробой Зенера происходит в стабилитроне при малых обратных напряжениях. Зенеровский диод сильно легирован для снижения напряжения пробоя. Это вызывает очень тонкую область истощения. В результате в обедненной области существует сильное электрическое поле. Поле, близкое к напряжению пробоя Зенера, достаточно способно вытягивать электроны из их валентных групп и создавать ток.

Стабилитроны с напряжением пробоя примерно менее 5 В обычно работают при пробое Зенера. Те, у которых напряжение пробоя превышает примерно 5 В, обычно работают в условиях лавинного пробоя. Однако оба типа называются стабилитронами. В продаже имеются стабилитроны с напряжением пробоя от менее 1 В до более 250 В с указанными допусками от 1% до 20%.

Характеристики пробоя

По обратному напряжению (В _R ) увеличивается, обратный ток (I _R ) также увеличивается, пока не достигнет тока колена Зенера (I _ZK ). На этот раз начинается эффект пробоя. Импеданс Зенера (Z _Z ), который является внутренним сопротивлением Зенера, начинает уменьшаться по мере быстрого увеличения обратного тока.

В нижней части колена напряжение пробоя Зенера (V _Z ) остается относительно постоянным, хотя и немного увеличивается по мере увеличения тока Зенера (I _Z ), увеличивается. V _Z обычно указывается при значении тока Зенера, известном как испытательный ток.

Характеристики стабилитрона

Чтобы обеспечить правильную работу стабилитрона в цепи, мы должны помнить об этих важных характеристиках.

1. Напряжение Зенера (V _Z )
Напряжение пробоя, обычно называемое напряжением Зенера, представляет собой напряжение обратного смещения, которое заставляет диод проводить ток. Напряжения пробоя обычно находятся в диапазоне от 2,4 В до сотен вольт.

2. Испытательный ток (I _Z )
Для каждого стабилитрона измеряется напряжение стабилитрона (V _Z ) при указанном испытательном токе Зенера (I _Z ). Например, напряжение Зенера для 1N4732A находится в диапазоне от 4,465 до 4,935 В с типичным значением 4,7 В при испытательном токе 53 мА.

3. Ток колена (I _ZK )
Минимальный ток необходим для удержания диода в состоянии пробоя для регулирования напряжения. Типичные значения составляют от 0,25 до 1 мА для стабилитрона мощностью 1 Вт. Если этот ток не достигается, диод не пробьет достаточно, чтобы сохранить свое номинальное напряжение.

4. Максимальный ток (I _ZM )
Стабилитрон поддерживает почти постоянное напряжение на своих выводах при значениях обратного тока в диапазоне от I _ZK до I _ZM . Если I _ZM превышено, стабилитрон может быть поврежден из-за чрезмерного рассеивания мощности.

5. Ток утечки
Обратный ток утечки указан для обратного напряжения, которое меньше напряжения колена. Это означает, что для этих измерений стабилитрон не имеет обратного пробоя. Например, для обратного напряжения 1 В в 1N4728A.

6. Номинальная мощность (P _Z )
Номинальная мощность показывает максимальную мощность (напряжение x ток), которую может выдержать стабилитрон. (Даже диоды, рассчитанные на пробой, могут выйти из строя по-настоящему, если вы превысите их номинальную мощность. Так что будьте осторожны!) — максимальное сопротивление Зенера при заданном испытательном токе, I _Z . Например, для 1N4728A, Z _Z составляет 10 Ом при 76 мА. В изломе характеристической кривой максимальный импеданс Зенера Z _ZK определяется как I _ZK , что является током в изломе кривой. Например, Z _ZK составляет 400 Ом при 1 мА для 1N4728A.

8. Температурный коэффициент (TC)
Стабилитроны подвержены влиянию температурных изменений, связанных с их температурным коэффициентом напряжения. Температурный коэффициент определяет процентное изменение напряжения Зенера для каждого изменения температуры. Формула для расчета изменения напряжения Зенера для заданного изменения температуры перехода (%/℃) для заданного температурного коэффициента:

Vz — номинальное напряжение Зенера
TC — температурный коэффициент
ΔT — изменение температуры

Если температурный коэффициент выражается в мВ/℃, ΔVz определяется как:

Положительный температурный коэффициент означает, что изменение напряжения Зенера прямо пропорционально изменению температуры. Следовательно, отрицательное значение TC означает, что напряжение Зенера обратно пропорционально изменению температуры.

9. Спецификация температуры перехода
Для обеспечения надежности диода ключевое значение имеет температура перехода диода. Несмотря на то, что корпус может быть достаточно прохладным, активная область может быть намного горячее. В результате некоторые производители указывают рабочий диапазон для самого перехода. Для нормальной конструкции обычно сохраняется подходящий запас между максимальной ожидаемой температурой внутри оборудования и соединения. Внутренняя температура оборудования снова будет выше, чем температура снаружи оборудования. Необходимо следить за тем, чтобы отдельные предметы не нагревались слишком сильно, несмотря на приемлемую температуру окружающей среды снаружи оборудования.

10. Упаковка
Стабилитроны поставляются в различных упаковках. Основной выбор — между поверхностным монтажом и традиционными сквозными устройствами. Однако выбранный корпус часто определяет уровень рассеивания тепла. Доступные варианты будут подробно описаны в спецификации стабилитрона.

И все! Надеюсь, вы узнали что-то новое из этого руководства о диодах Зенера и о том, как они работают. Если вы нашли этот урок интересным или полезным, поставьте ему лайк, а если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте их в комментариях ниже. До встречи в нашем следующем уроке!

Автор:

Susie Maestre

Susie — инженер-электронщик, в настоящее время изучает микроэлектронику. Она любит вымышленные романы, мотивационные книги так же сильно, как электронику и электротехнику. Некоторые из ее областей интересов включают цифровое проектирование, биомедицинскую электронику, физику полупроводников и фотонику.

Получите новейшие инструменты и учебные пособия, только что из тостера.

Стабилитрон — определение, символ схемы и применение

В дополнение к тому, что ток течет от анода к катоду, стабилитрон также позволяет току течь в обратном направлении, как только он достигает напряжения Зенера. Стабилитроны являются наиболее широко используемыми полупроводниковыми диодами из-за их особенностей.

Стабилитрон Определение

Сильно легированное полупроводниковое устройство, созданное для противоположной работы, представляет собой стабилитрон, который иногда называют диодом пробоя. Переход стабилитрона разрушается, и ток течет в противоположном направлении, когда напряжение между его клеммами меняется на противоположное и потенциал приближается к напряжению Зенера (также известному как напряжение колена). Эффект Зенера — это название этого явления.

Цепь стабилитрона

Напряжения стабилитрона, используемые для создания стабилитронов, могут составлять от нескольких до сотен вольт. Подобно обычным резисторам из углеродного сплава, это напряжение Зенера несколько меняется в зависимости от температуры и может отклоняться от 5% до 10% от требований производителя. Зенеровский диод используется в качестве стабилизатора напряжения в стандартной схеме источника питания, показанной на диаграмме ниже, из-за его общей хорошей стабильности и точности.

Напряжение стабилитрона 12,6 вольт в цепи регулятора стабилитрона.

Работа стабилитрона Обратите внимание, что стабилитрон в приведенной выше схеме преднамеренно смещен в обратном направлении. Напряжение на диоде упало бы всего на 0,7 вольта, если бы он был установлен в «стандартной» ориентации или смещен в прямом направлении, как обычный выпрямительный диод. Мы должны использовать этот диод в режиме обратного смещения, если мы хотим использовать его возможности обратного пробоя. Падение напряжения на стабилитроне будет оставаться на уровне около 12,6 вольт, пока напряжение источника питания выше, чем напряжение стабилитрона (в данном случае 12,6 вольт).

Зенеровский диод чувствителен к температуре, как и любое полупроводниковое устройство. Высокие температуры разрушат стабилитрон, а поскольку он проводит ток и снижает напряжение, он также выделяет тепло в соответствии с законом Джоуля (P=IE). Из-за этого важно построить схему регулятора так, чтобы не было достигнуто максимальное рассеивание мощности диода. Интересно отметить, что когда стабилитроны выходят из строя из-за больших потерь мощности, они часто замыкаются, а не размыкаются. При смещении в любом направлении, подобно отрезку провода, неисправный диод падает практически до своего номинального напряжения, что упрощает его идентификацию.

Математический анализ цепи регулирования стабилитрона

Давайте проведем математический анализ цепи регулирования стабилитрона, чтобы определить все напряжения, токи и рассеиваемую мощность. Чтобы не квалифицировать все числа на рис. напряжение 45 вольт.

Если напряжение источника питания 45 вольт, а напряжение на стабилитроне 12,6 вольт, то на резисторе будет потеряно 32,4 вольта (45 вольт – 12,6 вольт = 32,4 вольта). 32,4 вольта, приложенные к 1000, дают ток в цепи 32,4 мА. (Рисунок б) ниже)

(a) Резистор 1000 и стабилизатор напряжения Зенера. (b) Расчетный ток и напряжение уменьшаются.

 Поскольку ток, умноженный на напряжение, равен мощности (P=IE), легко определить рассеиваемую мощность как резистора, так и стабилитрона:

Презистор = (32,4 мА) (32,4 В) Предистор = 1,0498 Вт

Диод P = (324 А) (12,6 В) Диод P = 4,0824 мВт

Подходящими будут резистор с рассеиваемой мощностью 1,5 или 2 Вт и стабилитрон с номинальной мощностью 0,5.

Схема для стабилитрона с большим сопротивлением

Почему бы не спланировать схему стабилитрона так, чтобы рассеивать наименьшее возможное количество энергии, если чрезмерное рассеивание мощности вредно? Почему бы просто не подобрать резистор с очень высоким значением сопротивления, сильно ограничивая ток и сохраняя недостаточные значения рассеиваемой мощности?

 Рассмотрите эту схему, за исключением замены резистора 1 кОм на резистор 100 кОм. Напряжение стабилитрона диода и напряжение источника питания на следующем рисунке аналогичны значениям в предыдущем примере.

Стабилитрон с резистором 100 кОм.

Presistor = (3244A)(32,4V) Presistor = 10,498 мВт

P _диод = (324A) (12,6 В) P _диод = 4,0824 мВт

Оба значения должны быть меньше, если мощность рассеивания должна быть меньше составляет всего 1/100 того, что было раньше (324 А вместо 32,4 мА):

V-I Особенности стабилитрона

небольшой ток утечки может протекать до тех пор, пока напряжение не упадет ниже напряжения Зенера.

ВАХ стабилитрона можно разделить на две категории следующим образом:

•  Прямые характеристики
• Реверсивные элементы

Прямые характеристики стабилитрона

Прямые характеристики стабилитрона показаны в верхнем квадранте графика. Из диаграммы можно сделать вывод, что его свойства, выделенные жирным шрифтом, идентичны свойствам любого другого диода с PN-переходом.

Стабилитрон меняет характеристики

Умеренный обратный ток насыщения, называемый Io, протекает через диод, когда обратное напряжение прикладывается к напряжению Зенера. Неосновные носители, произведенные термически, являются причиной этого тока. В зависимости от величины обратного напряжения обратный ток резко и резко возрастает при увеличении обратного напряжения. Это признак того, что произошел сбой. Это напряжение пробоя, также известное как напряжение Зенера, обозначается символом Vz.

Технические характеристики стабилитрона

Ниже приведены часто используемые стабилитроны:

• Стабилитрон/пробойное напряжение – обратное пробивное напряжение имеет диапазон от 2,4 В до 200 В и, в редких случаях, 1 кВ, с максимальным значением 47 V для накладных устройств.
• Ток Iz (макс.): Этот ток находится в диапазоне от 200 А до 200 А при номинальном напряжении Зенера.
• Ток Iz (мин) — это минимальный ток, необходимый для выхода из строя диода.
• Номинальная мощность стабилитрона указывает максимальную мощность, которую он может рассеивать. Он определяется путем деления напряжения диода на его ток.

Диоды

• на 5 В обладают наибольшей температурной стабильностью.
• Сопротивление Зенера (Rz) — это сопротивление, которое показывает стабилитрон. Допуск по напряжению обычно составляет 5%.

Применение стабилитрона

Ниже приведены примеры применения стабилитрона и использования стабилитрона:

• Регулировка напряжения
• защита от перенапряжения
• используется в цепях, которые зажимают
• используется для изменения напряжения

Стабилитрон подходит для управления напряжением, поскольку падение напряжения на диоде постоянно в широком диапазоне напряжений.

Стабилитрон регулирует напряжение

Последовательно соединенные резисторы регулируют ток через диод при избыточном напряжении, когда диод находится в состоянии проводимости, когда напряжение нагрузки соответствует напряжению пробоя. При этом диод создает некоторый шум, который можно уменьшить, подключив к диоду развязывающий конденсатор с высоким напряжением.

Стабилитрон защищает от перенапряжения

Ток, протекающий через диод, вызывает падение напряжения на резисторе, когда входное напряжение возрастает до точки пробоя стабилитрона. В результате начинается короткое замыкание на землю.

В схемах ограничения используются диоды Зенера

В схемах ограничения выходной сигнал не превышает определенного значения, не влияя на входной сигнал. Диоды Зенера могут изменять и формировать траектории, обрезающие форму волны переменного тока. Цепи ограничения ограничивают часть сигнала переменного тока для защиты или формирования сигнала. Эти схемы обычно используются в телевизионных и FM-передатчиках для уменьшения помех.

Напряжение можно изменить с помощью стабилитрона

Зенеровский диод предназначен для изменения напряжения сигнала. В зоне пробоя он может поддерживать постоянное выходное напряжение. Из-за своей способности изменять напряжение стабилитрон является идеальным элементом для работы. Вот несколько приложений для большего количества дзэн-диодов.

Часто задаваемые вопросы

1. Как стабилитрон регулирует напряжение?

Служа дополнительными нагрузками и потребляя больший или меньший ток по мере необходимости для поддержания постоянного падения напряжения на нагрузке, стабилитроны как регуляторы напряжения управляют ею. Это эквивалентно изменению скорости автомобиля путем торможения вместо изменения положения дроссельной заслонки: это не только неэффективно, но и тормоза должны быть сконструированы таким образом, чтобы справляться со всей мощностью двигателя, когда этого не требуют дорожные условия.

Несмотря на неэффективность этой конструкции, часто используются схемы стабилизатора на стабилитронах, поскольку они просты. Другие методы регулирования напряжения используются в ситуациях с большой мощностью, где неэффективность неприемлема. Даже в этих случаях крошечные схемы на основе стабилитрона часто используются для подачи «опорного» напряжения для питания более эффективной схемы усилителя, которая управляет основной силой.

2. Что отличает стабилитрон от обычного диода?

Зенеровский диод — это электрический компонент с двумя выводами, который проводит электричество только в одном направлении. Стабильное опорное напряжение может быть получено с помощью стабилитрона. Основным применением этих диодов является подача опорного напряжения в источники питания. С одной стороны он имеет отличное сопротивление, а с другой — низкое сопротивление.

3. Почему стабилизатор сделан из стабилитрона?

В качестве стабилизатора напряжения Зенеровские диоды шунтируют стабилизаторы напряжения, использование стабилитронов часто используется для управления напряжением на небольших нагрузках.