Чем стабилитрон отличается от диода

Содержание

П олупроводниками являются вещества, занимающие промежуточное положение между проводниками и изоляторами, по своим электропроводящим свойствам.
В полупроводниках, как и в металлах ток представляет из себя упорядоченное движение заряженных частиц.
Однако, вместе с перемещением отрицательных зарядов(электронов) в полупроводниках имеет место упорядоченное перемещение положительных зарядов, т. н. — дырок.

Дырки получаются при участии ионов вещества полупроводника — атомов с сбежавшими электронами. В реальности, ионизированные атомы не покидают своего места, в кристаллической решетке. На самом деле, имеет место поэтапное изменение состояния атомов вещества, когда электроны перескакивают с одного атома, на другой. Возникает процесс, внешне выглядящий, как упорядоченное движение неких условных положительно заряженных частиц — дырок.

В обычном, чистом полупроводнике соотношение дырок и свободных электродов 50%:50%.
Но стоит добавить в полупроводник небольшое количество вещества — примеси, как это соотношение претерпевает значительные изменения. В зависимости от особенностей добавленного вещества полупроводник приобретает либо ярко выраженную электронную проводимость(n-тип), либо его основными носителями становятся дырки(p-тип).

Полупроводниковый переход(p-n) формируется на стыке двух фрагментов полупроводникового материала, имеющих разную проводимость. Он представляет из себя крайне тонкую область, обедненную носителями обоих типов. p-n переход имеет незначительное сопротивление, когда направление тока — прямое, и очень большое, когда направление тока — обратное.

Обычный полупроводниковый диод состоит из одного полупроводникового перехода, снабженного двумя выводами — анодом(положительным электродом) и катодом — отрицательным электродом. Соответственно, диод обладает свойством односторонней проводимости — он хорошо проводит ток в прямом направлении и плохо в обратном.

Что это означает на практике?
Представим себе электрическую цепь, состоящую из батарейки и лампочки накаливания, подключенной последовательно через полупроводниковый диод. Лампочка будет гореть только в том случае, если анод (положительный электрод) подключен к плюсу источника питания (батарейки) а катод (отрицательный электрод) к минусу — через накальную нить лампочки.

Это и является прямым включением полупроводникового диода. Если поменять полярность источника питания, включение диода окажется обратным — лампочка гореть не будет. Обратите внимание как выглядит обозначение полупроводникового диода на схеме — треугольная стрелочка, указывающая прямое включение, совпадает с общепринятым в электротехнике направлением тока — от плюса источника питания, к минусу. Вертикальная черточка примыкающая к ней символизирует преграду для движения тока в обратном направлении.

Стабилитрон или Диод? Как определить с помощью мультиметра.

Существует одно обязательное условие для нормальной работы любого полупроводникового диода. Напряжение источника питания должно превышать некоторый порог (величину потенциала внутреннего смещения p-n перехода). Для выпрямительных диодов он как правило — меньше 1 вольта, для германиевых высокочастотных диодов порядка 0,1 вольта, для светодиодов может превышать 3 вольта. Это свойство полупроводниковых диодов можно использовать при создании низковольтных стабилизированных источников питания.

Если диод подключить обратно и постепенно повышать напряжение источника питания, в некоторый момент обязательно наступит обратный электрический пробой p-n перехода. Диод начнет пропускать ток и в обратном направлении, а переход окажется испорченным. Величина максимального допустимого обратного напряжения (Uобр.и.) широко разнится у различных типов полупроводниковых диодов и является очень важным параметром.

Вторым, не менее важным параметром можно назвать предельное значение прямого тока-Uпр. Этот параметр напрямую зависит от величины падения напряжения на переходе полупроводникового диода, материала полупроводника и теплообменных характеристик корпуса.

Выпрямление переменного тока.

Заменим источник питания постоянного тока, на источник переменного тока, близкого напряжения. Лампочка будет гореть, но более тускло, с небольшим мерцанием. Как известно, переменный ток частотой 50 гц. плавно меняет свое направление 50 раз в секунду. Диод пропустит полуволны направленные в его прямом направлении, и обрежет направленные в обратном.
На рисунке ниже, отрицательные полуволны для наглядности, изображены синим цветом, а положительные — красным.

Таким образом на лампочке окажется выпрямленное напряжение, пульсирующее с два раза, меньшей частотой. Результируещее напряжение при этом, окажется несколько ниже номинального. Для более качественного выпрямления переменного тока применяется так называемая, мостовая схема, из четырех диодов в однофазной цепи.

В трехфазной цепи переменного тока, положительная ветвь диодного мост выглядит вот — так:

Для надежной работы при проектировании источников питания выбираются полупроводниковые диоды с 50 % запасом по параметрам Uобр.и. и Jпр. Это связано с тем, что при работе на предельных токах надежность выпрямителя снижается, из-за нагрева p-n переходов.

Полупроводниковый диод

Полупроводниковые диоды обозначают символом, сохранившимся в общих чертах со времен первых радиоприемников (рис. 2,6).

Рис. 2. Обозначение и структура полупроводникового диода.

Вершина треугольника в этом символе указывает направление наибольшей проводимости (треугольник символизирует анод диода, а короткая черточка, перпендикулярная линиям-выводам,— его катод).

Этим же символом обозначают полупроводниковые выпрямители, состоящие, например, из нескольких последовательно, параллельно или смешанно соединенных диодов (выпрямительные столбы и т. п.).

Диодные мосты

Для питания радиоаппаратуры часто используют мостовые выпрямители. Начертание тажой схемы соединения диодов (квадрат, стороны которого образованы символами диодов) давно уже стало общепринятым, поэтому для обозначения таких выпрямителей стали иополикшать упрощенный символ — квадрат с символом одного диода внутри (рис. 3).

Рис. 3. Обозначение диодного моста.

В зависимости от значения выпрямленного напряжения каждое плечо моста может состоять из одного, двух и более диодов. Полярность выпрямленного напряжения на схемах не указивают так как ее однозначно определяет аимвол диода внутри квадрата.

Мосты конструктивно объединенные в одном корпусе, изображают отдельно показивая принадлежность к одному изделию в позиционном обозначены. Рядом с позиционным обозначением диодов, как и всех других полупроводниковых приборов, как правило, указывают их тип.

На основе символа диода построены условные обозначения полупроводниковых диодов с особыми свойствами. Для получения нужного символа используют специальные знаки, изВбражаемые либо на самом базовом символе, либо в непосредственной близости от него, а чтобы акцентировать внимание на некоторых из них, базовый символ помещают в круг — условное обозначение корпуса полупроводникового прибора.

Стабилитрон — это диод или что-то иное?

Диод и стабилитрон — это два различных электронных компонента, которые имеют разные функции и характеристики.

Диод — это полупроводниковое устройство, которое позволяет проходить электрический ток только в одном направлении, создавая при этом почти постоянное напряжение падения (обычно около 0,6–0,7 В для кремниевых диодов). Он широко используется в электронике для выпрямления переменного тока в постоянный ток, защиты от обратной полярности, коммутации и других целях, где необходимо контролировать направление тока.

Стабилитрон (или Zener-диод) — это специальный тип диода, который используется для поддержания постоянного напряжения на своих выводах, независимо от величины применяемого напряжения. Он способен поддерживать стабильное напряжение на своих выводах (например, 5.1 В, 12 В и т. д.), превышивая обратное напряжение. Когда напряжение достигает определенного значения (например, напряжения Zener), стабилитрон начинает пропускать ток в обратном направлении, поддерживая стабильное значение напряжения.

Таким образом, основное различие между обычным диодом и стабилитроном заключается в их функциональности: диод пропускает ток в одном направлении, а стабилитрон используется для создания стабильного напряжения в определенной точке в цепи.

Претич — ликбез

Стабилитрон — это диод или что-то иное?

Претич — ликбез

Стабилитрон,симистор, динистор и супрессор

Зенеровский диод или стабилитрон — сильно легированный кремниевый кристаллический диод, который пропускает ток в прямом направлении так же, как идеальный диод. Он также позволяет току протекать в обратном направлении, когда напряжение превышает определенное значение, известное как напряжение пробоя. Напряжение пробоя также известно как напряжение колена Зенера.

Устройство назвали в честь американского физика Кларенса Зенера, который описал свойство разрушения электрических изоляторов.

Устройство состоит из обращенного смещенного, сильно легированного диода pn-перехода, работающего в области пробоя. Обычные диоды и выпрямители никогда не работают в области пробоя, но диод Зенера можно безопасно использовать в этой точке.

Работа зенеровского диода

Когда обратное напряжение, приложенное к диоду Зенера, увеличивается, оно достигает напряжения пробоя, при котором ток Зенера увеличивается до большого значения. В области пробоя дальнейшее увеличение обратного напряжения не будет увеличивать напряжение на диоде Зенера, оно только увеличивает ток. Таким образом, постоянное напряжение, называемое стабилитронным напряжением (V z ), сохраняется на диоде Зенера при изменении напряжения питания. Следовательно, он действует как регулятор напряжения.

Обратная характеристика получена путем принятия обратного напряжения вдоль оси X и обратного тока вдоль -ve Y-оси. Когда обратное напряжение достигает определенного значения, обратный ток увеличивается до большого значения, но напряжение на диоде остается постоянным. Это напряжение пробоя V z .

Обычный обратный смещенный диод при воздействии его пробивного напряжения допускает значительное количество тока. Но когда это обратное напряжение пробоя превышает, диод испытывает лавинный пробой. Лавинный пробой — это форма проводимости электрического тока, которая позволяет пропускать очень большой ток через хорошие изоляторы . Это может повредить обычный диод. Зенеровский диод обладает теми же свойствами, за исключением того, что зенеровский диод разработан с уменьшенным пробивным напряжением. В отличие от обычного диода, стабилитрон имеет контролируемый пробой.

При приложении достаточного обратного смещения, как при обратном напряжении, валентные электроны в атомах полупроводников освобождаются под действием приложенного напряжения. Если приложенное напряжение является достаточно отрицательным, электроны, ускоряемые электрическим полем, освобождают другие электроны, вызывая цепную реакцию, приводящую к повышению тока.

Разбивка вызвана двумя эффектами: эффектом Лавины и эффектом Зинера. Эффект зенера доминирует в напряжениях до 5,6 вольт, и эффект лавинного излучения преобладает над этим. Они оба являются похожими эффектами, разница в том, что эффект зенера является квантовым явлением, а лавинный эффект — движение электронов в валентной зоне, как в любом электрическом токе. Лавинный эффект также позволяет увеличить ток через диод, чем эффект зенера. График ниже будет наглядно демонстрировать разницу между лавинным эффектом и эффектом зенера.

Зенеровские диоды обычно используются в качестве регуляторов напряжения в цепях, поскольку, как видно из графика, очень мало вариаций напряжения по сравнению с увеличением тока. И наоборот, очень небольшие изменения напряжения могут вызвать очень большие изменения тока. Зенеровские диоды можно также использовать в устройствах защиты от перенапряжений, которые мы прикрепляем к нашим холодильникам и телевизорам, чтобы защитить их от колебаний напряжения.

Выпрямительный диод и стабилитрон

Выпрямительный полупроводниковый диод – это полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный.

Выпрямительные диоды выполняются на основе р-n- перехода и имеют две области, одна из них является более низкоомной (содержит большую концентрацию примеси), и называется эмиттером. Другая область, база – более высокоомная (содержит меньшую концентрация примеси).

В основе работы выпрямительных диодов лежит свойство односторонней проводимости р-n- перехода, которое заключается в том, что последний хорошо проводит ток (имеет малое сопротивление) при прямом включении и практически не проводит ток (имеет очень высокое сопротивление) при обратном включении.

Промышленностью в основном выпускаются германиевые (Ge) и кремниевые (Si) диоды.

Кремниевые диоды обладают малыми обратными токами, более высокой рабочей температурой (150 — 200 °С против 80 — 100 °С), выдерживают большие обратные напряжения и плотности тока (60 — 80 А/см2 против 20 — 40 А/см2). Полупроводниковые диоды по технологии изготовления делятся на два класса: точечные и плоскостные.

Точечный диод образуют Si- или Ge-пластина n-типа площадью 0,5 — 1,5 мм2 и стальная игла, образующая p–n-переход в месте контакта.

Плоскостной диод состоит из двух соединенных Si- или Ge-пластин с разной электропроводностью.

Основными параметрами выпрямительных диодов являются:

– максимально допустимый прямой ток Iпр.max,

– максимально допустимое обратное напряжение Uобр.max,

– максимально допустимая частота fmax.

По первому параметру выпрямительные диоды делят на диоды:

– малой мощности, прямой ток до 300 мА,

– средней мощности, прямой ток 300 мА — 10 А,

– большой мощности – силовые, максимальный прямой ток определяется классом и составляет 10, 16, 25, 40, — 1600 А.

Рис. 1. Полупроводниковый выпрямительный диод: а – условное графическое изображение, б – идеальная вольт-амперная характеристика, в – реальная вольт-амперная характеристика

Стабилитрон – полупроводниковый диод, сконструированный для работы в режиме пробоя. В указанном режиме при значительном изменении тока, напряжение изменяется незначительно.

Основные параметры стабилитрона:

Uст – напряжение стабилизации

Iст.мин – минимальный ток стабилизации

Iст.мах –максимальный ток стабилизации

rст – дифференциальное сопротивление стабилитрона на участке пробоя(r=dU/dI)

Схема параметрического стабилизатора напряжения:

Биполярный транзисторах: характеристика,схемы вкл и параметры

Работа биполярных транзисторов основана на явлениях взаимодействия двух близко расположенных p-n переходов. Различают плоскостные и точечные биполярные транзисторы. Плоскостной биполярный транзистор представляет собой трехслойную структуру типа p-n-p или типа n-p-n .Транзистор называется биполярным потому, что физические процессы в нем связаны с движением носителей заряда обоих знаков (свободных дырок и электронов). Средний слой транзистора называется базой Б, один крайний слой – коллектором К, а другой крайний слой – эмиттером Э. Каждый слой представляет собой электрод и имеет вывод. Посредством выводов транзистор включается в схему. В схемах транзисторных усилителей полярность напряжения Ек должна быть такой, чтобы коллекторный p-nпереход был закрыт для основных носителей заряда (см. рис. 129). Таким образом, напряжение Ек является обратным для коллекторного p-n перехода. Одна из крайних областей транзистора, имеющая наименьшие размеры, называется эмиттером. Другая крайняя область транзистора, называемая коллектором, предназначена для собирания потока носителей, эмитируемых эмиттером. В рабочем режиме биполярного транзистора протекают следующие физические процессы: инжекция из эмиттера в базу; диффузия через базу; рекомбинация в базе; экстракция из базы в коллектор.. В зависимости от сочетания знаков и значений напряжений на p-n-переходах транзистора различают следующие режимы его работы:

а) активный режим – на эмиттерный переход подано прямое напряжение, а на коллекторный переход – обратное;

б) режим отсечки – на оба перехода поданы обратные напряжения (транзистор заперт);

в) режим насыщения – на оба перехода поданы прямые напряжения (транзистор полностью открыт);

г) инверсный активный режим – напряжение на эмиттерном переходе обратное, на коллекторном – прямое.

Биполярный транзистор нельзя однозначно заменить двумя диодами. Т. к. из-за малой толщины базы почти все электроны, пройдя базу, через достигают коллектора. Только малая доля электронов рекомбенирует в базе с дырками. Убыль этих дырок компенсируется протеканием тока базы iB. => iBE.

Три схемы включения:1) С Общей Базой (ОБ):

Вход ЭБ ; Выход КБ ; Схема не обеспечивает усиления по току, но усиливает напряжение. Входное сопротивление малое.

2)С Общим Эмитером (ОЭ):

Вход БЭ ; Выход КЭ ; Обеспечивает усиление по току и напряжению. Входное сопротивление больше, чем у схемы с ОБ.

3)С Общим Коллектором (ОК) :

Вход БЭ ; Выход Еп-КЭ ; Усиливает ток, но не усиливает напряжение.

Стабилитроны

Определение 2

Стабилитрон — это полупроводниковый диод, который работает при обратном смещении в режиме пробоя.

До наступления пробоя через стабилитрон протекают незначительный утечки электрического тока, а сопротивление его достаточно высоко. Когда наступает пробой электрический ток через него резко возрастает, а дифференциальное сопротивление может опускаться до долей ома.

Основное назначение стабилитрона заключается в стабилизации напряжения. Изготавливаются стабилитроны напряжением от 1,8 до 400 В. Самыми точными и стабильными твердотельными источниками опорного напряжения являются интегральные стабилитроны со скрытой структурой на напряжение в 7 В. Лучшие образцы по совокупности показателей приближаются к нормальному элементу Вестона. Особый вид стабилитронов — высоковольтные лавинные диоды используются в системах защиты аппаратуры от перенапряжений.

Начинай год правильно
Выигрывай призы на сумму 400 000 ₽

К основным характеристикам стабилитронов относятся:

Диапазон рабочих токов, которые текут через стабилитрон.
Номинальное напряжение стабилизации. Данный параметр выбирается разработчиком в соответствии со схемотехникойустройства.
Максимальная рассеиваемая мощность стабилитроном мощность.

Кроме вышеперечисленных основных параметров стабилитрона, существует несколько дополнительных параметров, которые описывают отклонения напряжения стабилизации. К таким параметрам относятся дифференциальное сопротивление, допуск напряжений стабилизации, шум напряжения стабилизации, долговременный дрейф, температурный коэффициент напряжения стабилизации.

Выпрямители

Выпрямитель представляет собой электротехническое устройство, которое используется для получения постоянного напряжения из переменного. Основными составляющими выпрямителя являются трансформатор и вентили, которыми создаются условия для протекания электрического тока в нагрузочной цепи в одну сторону, таким образом выпрямляя его. Самым распространенным типом выпрямителей являются полупроводниковые, которые классифицируются по следующим признакам:

По фазности сети питания выпрямители делятся на однофазные и трехфазные.
ПО мощности на выходе выпрямители делятся на выпрямители повышенной, средней и малой мощности.
По числу импульсов одного полюса выпрямителя выпрямители делятся на однотактные и двухтактные.
По типу управления вентилями выпрямители делятся на неуправляемые и управляемые.
По виду нагрузки выпрямители делятся на выпрямители с активной, активно-индуктивной и активно-емкостной нагрузкой.