DIODY STABILIZACYJNE
Są to diody przeznaczone do stabilizacji lub ograniczania napięć. Istnieją diody stabilizujące prąd i są nazywane polowymi ogranicznikami prądu (działają na innej zasadzie). Diody stabilizacyjne pracują przy polaryzacji w kierunku zaporowym, charakteryzując się niewielkimi zmianami napięcia pod wpływem dużych zmian prądu. Wykorzystują one zjawisko Zenera bądź lawinowe. Diody stabilizujące mają podobne oznaczenia jak diody prostownicze. Zjawisko Zenera występuje w złączach o wąskiej warstwie zaporowej lub silnie domieszkowanych. Zjawisko Zenera w złączach krzemowych występuje przy napięciach mniejszych niż 5 V. Jeżeli złącze spolaryzujemy napięciem większym niż 7 V, to mamy wówczas do czynienia ze zjawiskiem powielania lawinowego (lawinowa jonizacja zderzeniowa). Jonizacja zderzeniowa może wystąpić tylko w tych złączach, których szerokość warstwy zaporowej jest dużo większa od drogi swobodnej nośnika. Wartość napięcia przebicia lawinowego zależy od stopnia domieszkowania: im jest większy poziom domieszkowania , tym jest mniejsza wartość napięcia przebicia. Zjawiska: Zenera i lawinowe w swej istocie nie niszczą trwale złącza, ale długotrwały przepływ prądu o dużej wartości prowadzi do wydzielania się dużej ilości ciepła, które powoduje trwałe uszkodzenie złącza.
Oznaczenia diod w zależności od ich przeznaczenia:
Stabilizacyjne - BZP650
Zenera:
Typowe (stabilistor) - BZAP30, BZP650
Do układów hybrydowych - BZX84
Skompensowana temperaturowo - BZY566
Do układów elektronicznego zapłonu - BZYP01
Na charakterystyce prądowo-napięciowej zaznaczono parametry charakterystyczne diod stabilizacyjnych. Są to:
Napięcie stabilizacji - UZ
Prąd stabilizacji - IZ
Napięcie przewodzenia - UF, przy określonym prądzie przewodzenia
Prąd wsteczny diody - IR, przy określonym napięciu wstecznym
Rezystancja dynamiczna - rZ, której wartość zmienia się z zależności od napięcia stabilizacji
Temperaturowy współczynniki napięcia stabilizacji - Uz
IF
rZ
100
IZ=-5mA
Ta=25oC
Pad=0,5W
UR UZ UR 0 UF 50
IR(UR) UF(IF)
IZ
0
rZ 10 20 -UZ
Zależność rezystancji dynamicznej diody
IR od napięcia stabilizowanego
Charakterystyka prądowo-napięciowa diody stabilizacyjnej
Do parametrów dopuszczalnych zaliczamy:
Maksymalną moc strat - Ptot
Maksymalny prąd przewodzenia - IO
Napięcie stabilizowane UZ, tj. napięcie, jakie dana dioda może stabilizować; jest ono ograniczone z jednej strony zagięciem charakterystyki I=f(U), z drugiej - dopuszczalnymi stratami mocy Ptot max (maksymalnym prądem w kierunku wstecznym IZ max). Diody stabilizacyjne wykonuje się na napięcie UZ= 3 - 300 V, z rozrzutem 1 - 20%. Dopuszczalne straty mocy Ptot max wynoszą od kilkuset miliwatów do kilkudziesięciu watów.
Rezystancja dynamiczna: rZ = UZ / IZ
Zależy ona od prądu płynącego przez diodę i napięcia stabilizowanego. Rezystancja dynamiczna produkowanych diod wynosi od kilku do kilkuset omów.
Rezystancja statyczna w bardzo znacznym stopniu zależy od prądu płynącego przez diodę. RZ = UZ / IZ
Współczynnik stabilizacji, wyrażający stosunek względnych zmian prądu płynącego przez diodę do wywoływanych przez nie względnych zmian spadku napięcia na diodzie, czyli:
S = (IZ / IZ) / (UZ / UZ) = RZ / rZ
Dla typowych diod stabilizacyjnych krzemowych ma on wartość ok. 100.
Temperaturowy współczynnik napięcia stabilizowanego
Uz = (1 / UZ)*( UZ / T) przy IZ = const
zależny od napięcia stabilizowanego. Jest ujemny dla diod o UZ < 5 V, dodatni dla diod o UZ > 6 V. Diody stabilizujące napięcia 5 - 6 V mają współczynnik Uz bliski zeru.
SCHEMAT UKŁADU POMIAROWEGO
PARAMETRY BADANYCH DIOD
DIODA |
UZ (UF) [V] |
IZ (IF) [mA] |
rZ (rF) [] |
UZ (UF) [*10-4 oC] |
Ptot
[mW] |
I
[mA] |
|
BZP 683 C3V3 |
3,1 - 3,5 |
5 |
100 |
-6 |
400 |
114,285 |
|
BZP 620 C6V8 |
6,4 - 7,2 |
100 |
2 |
+3,5 |
1000 |
138,888 |
|
BZP 620 C24 |
22,8 - 25,6 |
25 |
15 |
+6,8 |
1000 |
39,0625 |
|
BZP 620 C10 |
9,4 - 10,6 |
50 |
4 |
+6,0 |
1000 |
94,3396 |
|
|
|
OBLICZENIA:
Kierunek zaporowy:
D1: BZP 683 C3V3
RS = 2,484 / (0,5*10-3) = 4968
rd = 0,157 / (0,2*10-3) = 785
S = 4968 / 785 = 6,32
D2: BZP 620 C6V8
RS = 5,362 / (0,5*10-3) = 10724
rd = 0,304 / (0,2*10-3) = 1520
S = 10724 / 1520 = 7,05
D3: BZP 620 C24
RS = 23,72 / (0,5*10-3) = 47440
rd = 0,01 / (0,2*10-3) = 50
S = 47440 / 50 = 948,8
D4: BZP 620 C10
RS = 9,44 / (0,5*10-3) = 18880
rd = 0,01 / (0,2*10-3) = 50
S = 18880 / 50 = 377,8
Kierunek przewodzenia:
D3: BZP 620 C24
RS = 0,621 / (0,5*10-3) = 1242
rd = 0,015 / (0,2*10-3) = 75
S = 1242 / 75 = 16,56
WNIOSKI:
Na wyznaczonych charakterystykach widać, że wraz ze wzrostem napięcia wstecznego nieznacznie rośnie niewielki prąd. Wraz z osiągnięciem pewnej wartości napięcia (Zenera) niewielkim zmianom napięcia zaczynają odpowiadać duże zmiany prądu. W zakresie przebicia dioda charakteryzuje się bardzo małą rezystancją dynamiczną (przyrostową). Z wykonanych pomiarów wynika, że rd jest rzędu 10Ω. Dla diody BZP620 C24 wyznaczyliśmy charakterystykę w kierunku przewodzenia. Jak widać dioda Zenera tak spolaryzowana zachowuje się jak zwykła dioda prostownicza.
PRZYRZĄDY:
Układ do badania diod Zenera
Rezystor suwakowy (x2)
Zasilacz stabilizowany
Woltomierz
Amperomierz (YF-3503)