Стабилитрон или диод зенера

Как получить переменный ток

Помните опыты с вдвиганием и выдвиганием магнита внутрь катушки, подключенной к гальванометру? Гальванометр показывал противоположное значение тока в зависимости от того, куда двигался магнит внутрь или наружу катушки. Вот на этом и основано получение переменного тока в электромеханических индукционных генераторах. Генератор состоит из двух основных частей подвижной и неподвижной.

Неподвижная часть называется статором, а подвижная ротором. Статор представляет собой большой цилиндр, в котором проложены толстые медные провода. Внутри статора вращается ротор, который представляет собой большой магнит, чаще всего это электромагнит. При вращении ротора меняется создаваемое им магнитное поле, и магнитный поток, пронизывающий провода, изменяется. При этом магнит оказывается попеременно повернутым к контуру то одним, то другим полюсом, вследствие чего создаваемый ток периодически меняет свое направление.

Для вращения ротора используют механическую энергию. Это может быть или тепловая энергия, как например, на дизельных и угольных электростанциях, либо же энергия воды и ветра, как например, на гидроэлектростанциях и ветряках. Так механическая энергия преобразуется в электрическую и подается потребителю.

Нетрудно догадаться, что получение электричества с помощью воды и ветра является намного более выгодным делом, чем, если на это приходится тратить топливо. К тому же такой процесс экологически намного чище. Поэтому задачей человека в наше время является максимальный переход на получение электроэнергии от возобновляемых источников.

Это поможет как снизить стоимость электричества для конкретного потребителя, то есть для нас с вами, так и сохранить природную чистоту. Такая потребность становится все более очевидной в последнее время.

Эксперимент

Оборудование

Рис. 2. Принципиальная схема макета

Принципиальная схема макета, представленная на рис.
2,
позволяет изучить основные свойства полупроводниковых
стабилитронов. Для снятия прямой и обратной ВАХ
стабилитронов на схемы подается регулируемое
напряжение Uрег
соответствующей полярности от регулируемого
стабилизированного источника питания.

Порядок выполнения
работы

1. Исследовать полупроводниковые стабилитроны VD1,
   VD2 рис. 2, а, б: cнять вольт-амперные
   характеристики
   (ВАХ)
   стабилитронов VD1, VD2 \(I=f(U)\), \(R_1=1\ кОм\)(не
   менее 10 точек);
   результаты оформить в виде таблиц 3, 4 и графиков.

   Таблица 3

   прямая Ветвь
   \(U_{VD1}\)
   \(U_{R1}\)
   \(I_{VD1}\)
   обратная Ветвь
   \(U_{VD1}\)
   \(U_{R1}\)
   \(I_{VD1}\)

   Таблица 4

   прямая Ветвь
   \(U_{VD2}\)
   \(U_{R2}\)
   \(I_{VD2}\)
   обратная Ветвь
   \(U_{VD2}\)
   \(U_{R2}\)
   \(I_{VD2}\)

2. Снять амплитудные характеристики схем рис. 2, а,б
   \(U_{вых}=f(U_{вх})\) в
   диапазоне \(U_{вх}=-15В…+15В\), результаты занести в
   таблицу 5.

   Таблица 5

   \(U_{вх1}\)
   \(U_{вых1}\)
   \(U_{вх2}\)
   \(U_{вых2}\)

3. По результатам эксперимента определить:
   • напряжения стабилизации стабилитронов VD1, VD2
     и классифицировать по типу;
   • дифференциальные сопротивления стабилитронов
     \(r_{диф1}\), \(r_{диф2}\);
   • сопротивления стабилитронов постоянному току в
     середине рабочего участка \(R_{01}\), \(R_{02}\);
   • результаты занести в таблицу 6.
     

     Таблица 6

     \(U_{ст1}\)	\(r_{диф1}\)	\(R_{01}\)	Тип VD1	\(U_{ст2}\)	\(r_{диф2}\)	\(R_{02}\)	Тип VD2

Проверка мультиметром

Неисправный стабилитрон влияет на напряжение стабилизации источника питания, что сказывается на работоспособности аппаратуры

Поэтому специалисту важно знать, как проверить стабилитрон мультиметром на исправность

Проверка производится аналогично диоду. Если включить мультиметр в режим измерения сопротивления, то при подключении к стабилитрону в прямом направлении (красный щуп к аноду) прибор покажет минимальное сопротивление, а в обратном — бесконечность. Это говорит об исправности полупроводника.

Аналогично выполняется проверка стабилитрона мультиметром в режиме проверки диодов. В этом случае в прямом направлении на экране высветится падение напряжения в районе 400-600 мВ. В обратном либо I, левой части экрана либо .0L, либо какой-то другой знак который говорит о «бесконечности» в измерениях.

На рисунке снизу представлена методика проверки мультиметром.

Аналогичным образом можно проверить стабилитрон, не выпаивая из схемы. Но в этом случае прибор будет всегда показывать сопротивление параллельно подключенных ему элементов, что в некоторых случаях сделает проверку таким образом невозможной.

Однако такая проверка китайским тестером не является полноценной, потому что проверка производится только на пробой, или на обрыв перехода. Для полной проверки необходимо собирать небольшую схему. Пример такой схемы для проверки напряжения стабилитрона вы можете увидеть в видео ниже.

Выбор стабилитронов

Элементы имеют большой разброс по напряжению стабилизации. Чтобы получить точное значение U_н, стабилитроны подбираются из одной партии. Есть типы с более узким диапазоном параметров. При большой мощности рассеивания элементы устанавливают на радиаторы.

Для расчета параметров стабилитрона необходимы исходные данные, например, такие:

• U_пит = 12-15 В — напряжение входа;
• U_ст = 9 В — стабилизированное напряжение;
• R_н = 50-100 мА — нагрузка.

Параметры характерны для устройств с небольшим потреблением энергии.

Для минимального входного напряжения 12 В ток на нагрузке выбирается по максимуму — 100 мА. По закону Ома можно найти суммарную нагрузку цепи:

R_∑ = 12 В / 0,1 А = 120 Ом.

На стабилитроне падение напряжения составляет 9 В. Для тока 0,1 А эквивалентная нагрузка составит:

R_экв = 9 В / 0,1 А = 90 Ом.

Теперь можно определить сопротивление балласта:

R_б = 120 Ом — 90 Ом = 30 Ом.

Оно выбирается из стандартного ряда, где значение совпадает с расчетным.

Максимальный ток через стабилитрон определяется с учетом отключения нагрузки, чтобы он не вышел из строя в случае, если какой-либо провод отпаяется. Падение напряжения на резисторе составит:

U_R = 15 — 9 = 6 В.

Затем определяется ток через резистор:

I_R = 6/30 = 0,2 А.

Поскольку стабилитрон подключен к нему последовательно, I_c = I_R = 0,2 А.

Мощность рассеивания составит P = 0,2∙9 = 1,8 Вт.

По полученным параметрам подбирается подходящий стабилитрон Д815В.

Устройство

Ниже приводится подробное описание устройства диода, изучение этих сведений необходимо для дальнейшего понимания принципов действия этих элементов:

1. Корпус представляет собой вакуумный баллон, который может быть изготовлен из стекла, металла или прочных керамических разновидностей материала.
2. Внутри баллона имеется 2 электрода. Первый является накаленным катодом, который предназначен для обеспечения процесса эмиссии электронов. Самый простейший по конструкции катод представляет собой нить с небольшим диаметром, которая накаливается в процессе функционирования, но на сегодняшний день более распространены электроды косвенного накала. Они представляют собой цилиндры, изготовленные из металла, и обладающие особым активным слоем, способным испускать электроны.
3. Внутри катода косвенного накала имеется специфический элемент – проволока, которая накаливается под воздействием электрического тока, она называется подогреватель.
4. Второй электрод является анодом, он необходим для приема электронов, которые были выпущены катодом. Для этого он должен обладать положительным относительно второго электрода потенциалом. В большинстве случаев анод также имеет цилиндрическую форму.
5. Оба электрода вакуумных приборов полностью идентичны эмиттеру и базе полупроводниковой разновидности элементов.
6. Для изготовления диодного кристалла чаще всего используется кремний или германий. Одна из его частей является электропроводимой по p-типу и имеет недостаток электронов, который образован искусственным методом. Противоположная сторона кристалла также имеет проводимость, но n-типа и обладает избытком электронов. Между двумя областями имеется граница, которая и называется p-n переходом.

Такие особенности внутреннего устройства наделяют диоды их главным свойством – возможностью проведения электрического тока только в одном направлении.

Как отличить стабилизационный диод от обычного полупроводника

Очень часто люди задаются вопросом, как можно отличить стабилитрон от стандартного полупроводника, ведь, как мы выяснили раньше, оба этих элемента имеют практически идентичное обозначение на электросхеме и могут выполнять схожие функции.
Самым простым способом отличить стабилизационный полупроводник от обычного является использование схемы приставки к мультиметру. С его помощью можно не только отличить оба элемента друг от друга, но и выявить напряжение стабилизации, которое характерно для данного смд (если оно, конечно, не превышает 35В).
Схема приставки мультиметра является DC-DC преобразователем, в которой между входом и выходом имеется гальваническая развязка. Эта схема имеет следующий вид:

Схема приставки мультиметра

В ней генератор с широтно-импульсной модуляцией выполняется на специальной микросхеме МС34063, а для создания гальванической развязки между измерительной частью схемы и источником питания контрольное напряжение следует снимать с первичной обмотки трансформатора. Для этой цели имеется выпрямитель на VD2. При этом величина для выходного напряжения или тока стабилизации устанавливается путем подбора резистора R3. На конденсаторе С4 происходит выделение напряжения примерно в 40В.
При этом проверяемый смд VDX и стабилизатор для тока А2 будут формировать параметрический стабилизатор. Мультиметр, который подключили к выводам Х1 и Х2, будет измерять на данном стабилитроне напряжение.
При подключении катода к «-«, а анода к «+» диода, а также к несимметричному смд мультиметра, последний покажет незначительное напряжение. Если подключать в обратной полярности (как на схеме), то в ситуации с обычным полупроводником прибор будет регистрировать напряжение около 40В.

Здесь трансформатор Т1 будет намотан на торообразном ферритовом сердечнике с внешним диаметром в 23 мм. Такая обмотка 1 будет содержать 20 витков, а вторая обмотка — 35 витков провода ПЭВ 0,43

При этом важно при намотке укладывать виток к витку. Следует помнить, что первичная обмотка идет на одной части кольца, а вторая – на другой.
Проводя настройку прибора, подключите резистор вместо smd VDX

Этот резистор должен иметь номинал 10 кОм. А сопротивление R3 нужно подбирать для того, чтобы добиться напряжения в 40В на конденсаторе С4
Вот так можно выяснить, стабилитрон у вас или обычный диод.