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 - U_Z

• Prąd stabilizacji - I_Z

• Napięcie przewodzenia - U­_F, przy określonym prądzie przewodzenia

• Prąd wsteczny diody - I_R, przy określonym napięciu wstecznym

• Rezystancja dynamiczna - r_Z, której wartość zmienia się z zależności od napięcia stabilizacji

• Temperaturowy współczynniki napięcia stabilizacji - _Uz

IF

rZ

100

I_Z=-5mA

Ta=25^oC

Pad=0,5W

U_R U_Z U_R 0 U_F 50

I_R(U_R) U_F(I_F)

I_Z

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 - P_tot

• Maksymalny prąd przewodzenia - I_O

Napięcie stabilizowane U_Z, tj. napięcie, jakie dana dioda może stabilizować; jest ono ograniczone z jednej strony zagięciem charakterystyki I=f(U), z drugiej - dopuszczalnymi stratami mocy P_{tot max} (maksymalnym prądem w kierunku wstecznym I_{Z max}). Diody stabilizacyjne wykonuje się na napięcie U_Z= 3 - 300 V, z rozrzutem 1 - 20%. Dopuszczalne straty mocy P_{tot max} wynoszą od kilkuset miliwatów do kilkudziesięciu watów.

Rezystancja dynamiczna: r_Z = U_Z / I_Z

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. R_Z = U_Z / I_Z

Współczynnik stabilizacji, wyrażający stosunek względnych zmian prądu płynącego przez diodę do wywoływanych przez nie względnych zmian spadku napięcia na diodzie, czyli:

S = (I_Z / I_Z) / (U_Z / U_Z) = R_Z / r_Z

Dla typowych diod stabilizacyjnych krzemowych ma on wartość ok. 100.

Temperaturowy współczynnik napięcia stabilizowanego

_Uz = (1 / U_Z)*( U_Z / T) przy I_Z = const

zależny od napięcia stabilizowanego. Jest ujemny dla diod o U_Z < 5 V, dodatni dla diod o U_Z > 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 

r_d = 0,01 / (0,2*10^-3) = 50 

S = 47440 / 50 = 948,8

D4: BZP 620 C10

R_S = 9,44 / (0,5*10^-3) = 18880 

r_d = 0,01 / (0,2*10^-3) = 50 

S = 18880 / 50 = 377,8

Kierunek przewodzenia:

D3: BZP 620 C24

R_S = 0,621 / (0,5*10^-3) = 1242 

r_d = 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)

---