Как работает стабилитрон.
Стабилитрон, он же диод Зенера, назван в честь первооткрывателя туннельного пробоя Кларенса Зенера и на схемах обозначается следующим образом.
![Как работает стабилитрон. Как работает стабилитрон.](/uploads/posts/2015-06/medium/1435139451_screenshot_1.png)
Но в отличие от выпрямительного диода ток через него может течь в обоих направлениях.
![Как работает стабилитрон. Как работает стабилитрон.](/uploads/posts/2015-06/medium/1435139968_screenshot_3.png)
Для лучшего понимания его работы, можно представить его как два диода, включённых встречно-параллельно, но с разным падением напряжения.
![Как работает стабилитрон. Как работает стабилитрон.](/uploads/posts/2015-06/1435142098_screenshot_4.png)
Для любого стабилитрона, падение напряжение на одном из его диодов равно примерно 0.7 вольт, а падение напряжение на другом зависит от выбранного стабилитрона, так как разные стабилитроны имеют различные напряжения стабилизации (от 3 до 400 вольт). Например, для BZX55C3V3 прямое падение напряжение равно 0.7 вольта, а напряжение пробоя, по нашей аналогии падение напряжения на втором диоде, равно 3.3 вольта.
Описанное выше становится более понятно если посмотреть на вольт — амперную характеристику(ВАХ) стабилитрона.
![Как работает стабилитрон. Как работает стабилитрон.](/uploads/posts/2015-06/1435143046_stab-vah.jpg)
Правая ветвь ВАХ аналогична ВАХ диода, а левая отвечает за тот самый туннельный пробой. Пока обратное напряжение не достигло напряжения пробоя, ток через стабилитрон практически не течёт, не считая утечки. При дальнейшем увеличении обратного напряжения, в определенный момент начинается пробой, он характеризуется загибом ВАХ. Дальнейшее увеличение обратного напряжения приводит к туннельному пробою, в этом состоянии ток через стабилитрон растёт, а напряжение нет.
Отличительной чертой туннельного пробоя является, его обратимость, то есть после снятия приложенного напряжение стабилитрон вернётся в исходное состояние. Если же максимально допустимый ток будет превышен и произойдёт тепловой пробой, стабилитрон выйдет из строя.
Простейшая схема стабилизатора на стабилитроне выглядит следующим образом.
Давайте соберём её, подключив осциллограф вместо нагрузки и подадим на вход треугольный сигнал амплитудой 10 вольт. Напряжение генератора — первый канал, напряжение на стабилитроне — второй канал.
![Как работает стабилитрон. Как работает стабилитрон.](/uploads/posts/2015-06/1435228909_zener.jpg)
На осциллограмме видно, что напряжение на стабилитроне изменяется от -0,88 до 3,04 вольта.
Для того чтобы понять почему так происходит, давайте заменим схему выше двумя эквивалентными.
При прямом включения стабилитрона, когда на аноде плюс, на катоде минус.
![Как работает стабилитрон. Как работает стабилитрон.](/uploads/posts/2015-06/1435232286_screenshot_9.png)
При обратном включении стабилитрона, когда на аноде минус, на катоде плюс.
![Как работает стабилитрон. Как работает стабилитрон.](/uploads/posts/2015-06/1435232350_screenshot_10.png)
До этого мы не учитывали величину сопротивление нагрузки. Прежде чем рассматривать как поведёт себя схема под нагрузкой, необходимо ознакомиться с основными характеристиками стабилитрона.
![Как работает стабилитрон. Как работает стабилитрон.](/uploads/posts/2015-06/1435235048_screenshot_11.png)
Что же произойдёт когда мы подключим нагрузку?
Ток, протекающий через стабилитрон уменьшиться, так как часть его потечёт через нагрузку. Вопрос в том насколько уменьшится, если ток через стабилитрон станет меньше минимального тока стабилизации стабилитрон перестанет стабилизировать напряжение и всё напряжение питания окажется приложенным к нагрузке. Из этого можно сделать вывод, что при отключенной нагрузке ток через стабилитрон должен быть равен сумме 2-х токов, минимального тока стабилизации и тока нагрузки.
Эта сумма токов задается с помощью гасящего резистора, в нашей схеме его номинал 1К.
Формула для его вычисления выглядит следующим образом
![Как работает стабилитрон. Как работает стабилитрон.](/uploads/posts/2015-06/1435320144_screenshot_14.png)
![Как работает стабилитрон. Как работает стабилитрон.](/uploads/posts/2015-06/medium/1435139451_screenshot_1.png)
Но в отличие от выпрямительного диода ток через него может течь в обоих направлениях.
![Как работает стабилитрон. Как работает стабилитрон.](/uploads/posts/2015-06/medium/1435139968_screenshot_3.png)
Для лучшего понимания его работы, можно представить его как два диода, включённых встречно-параллельно, но с разным падением напряжения.
![Как работает стабилитрон. Как работает стабилитрон.](/uploads/posts/2015-06/1435142098_screenshot_4.png)
Для любого стабилитрона, падение напряжение на одном из его диодов равно примерно 0.7 вольт, а падение напряжение на другом зависит от выбранного стабилитрона, так как разные стабилитроны имеют различные напряжения стабилизации (от 3 до 400 вольт). Например, для BZX55C3V3 прямое падение напряжение равно 0.7 вольта, а напряжение пробоя, по нашей аналогии падение напряжения на втором диоде, равно 3.3 вольта.
Описанное выше становится более понятно если посмотреть на вольт — амперную характеристику(ВАХ) стабилитрона.
![Как работает стабилитрон. Как работает стабилитрон.](/uploads/posts/2015-06/1435143046_stab-vah.jpg)
Правая ветвь ВАХ аналогична ВАХ диода, а левая отвечает за тот самый туннельный пробой. Пока обратное напряжение не достигло напряжения пробоя, ток через стабилитрон практически не течёт, не считая утечки. При дальнейшем увеличении обратного напряжения, в определенный момент начинается пробой, он характеризуется загибом ВАХ. Дальнейшее увеличение обратного напряжения приводит к туннельному пробою, в этом состоянии ток через стабилитрон растёт, а напряжение нет.
Отличительной чертой туннельного пробоя является, его обратимость, то есть после снятия приложенного напряжение стабилитрон вернётся в исходное состояние. Если же максимально допустимый ток будет превышен и произойдёт тепловой пробой, стабилитрон выйдет из строя.
Простейшая схема стабилизатора на стабилитроне выглядит следующим образом.
Давайте соберём её, подключив осциллограф вместо нагрузки и подадим на вход треугольный сигнал амплитудой 10 вольт. Напряжение генератора — первый канал, напряжение на стабилитроне — второй канал.
![Как работает стабилитрон. Как работает стабилитрон.](/uploads/posts/2015-06/1435228909_zener.jpg)
На осциллограмме видно, что напряжение на стабилитроне изменяется от -0,88 до 3,04 вольта.
Для того чтобы понять почему так происходит, давайте заменим схему выше двумя эквивалентными.
При прямом включения стабилитрона, когда на аноде плюс, на катоде минус.
![Как работает стабилитрон. Как работает стабилитрон.](/uploads/posts/2015-06/1435232286_screenshot_9.png)
При обратном включении стабилитрона, когда на аноде минус, на катоде плюс.
![Как работает стабилитрон. Как работает стабилитрон.](/uploads/posts/2015-06/1435232350_screenshot_10.png)
До этого мы не учитывали величину сопротивление нагрузки. Прежде чем рассматривать как поведёт себя схема под нагрузкой, необходимо ознакомиться с основными характеристиками стабилитрона.
![Как работает стабилитрон. Как работает стабилитрон.](/uploads/posts/2015-06/1435235048_screenshot_11.png)
- Vz — напряжение стабилизации, обычно указывается минимальное и максимальное значение
- Iz и Zz — минимальный ток стабилизации и сопротивление стабилитрона
- Izk и Zzk — ток и сопротивление в точке, где начинается "излом" характеристики
- Ir и Vr — обратный ток и напряжение при заданной температуре
- Tc — температурный коэффициент
- Izrm — максимальный ток стабилизации
Что же произойдёт когда мы подключим нагрузку?
Ток, протекающий через стабилитрон уменьшиться, так как часть его потечёт через нагрузку. Вопрос в том насколько уменьшится, если ток через стабилитрон станет меньше минимального тока стабилизации стабилитрон перестанет стабилизировать напряжение и всё напряжение питания окажется приложенным к нагрузке. Из этого можно сделать вывод, что при отключенной нагрузке ток через стабилитрон должен быть равен сумме 2-х токов, минимального тока стабилизации и тока нагрузки.
Эта сумма токов задается с помощью гасящего резистора, в нашей схеме его номинал 1К.
Формула для его вычисления выглядит следующим образом
![Как работает стабилитрон. Как работает стабилитрон.](/uploads/posts/2015-06/1435320144_screenshot_14.png)
- Uin — входное напряжение
- Uz — напряжение стабилизации
- Iz — минимальный ток стабилизации
- I — ток нагрузки
Похожие статьи