Маркировка стабилитронов в стеклянном корпусе и правильный подбор параметров

Стабилитрон относится к одному из применяемых радиоэлектронных элементов. Каждый более-менее качественный блок питания содержит узел стабилизации напряжения, которое может изменяться при изменении сопротивления нагрузки либо при отклонении входного напряжения от номинального значения.

Стабилизация напряжения выполняется главным образом с целью обеспечения нормального режима работы остальных радиоэлементов устройства, например микросхем, транзисторов, микроконтроллеров и т.п.

Стабилитроны широко используются в маломощных блоках питания либо в отдельных его узлах, мощность которых редко превышает десятки ватт.

Главное преимущество стабилитронов – их малая стоимость и габариты, поэтому они до сих пор не могут вытисниться интегральными стабилизаторами напряжения типа LM7805 или 78L05 и т.п.

Стабилитрон очень похож на диод, поскольку его полупроводниковый кристалл помещен в аналогичный корпус.

Условное графическое обозначение стабилитрона на чертежах электрических схем также похоже на обозначение диода, только со стороны катода добавлена короткая горизонтальная черточка, направленная в сторону анода.

Принцип работы стабилитрона

Рассмотрим принцип работы стабилитрона на примере схемы его включения и вольт-амперной характеристике. Для выполнения своей основной функции стабилитрон VD соединяется последовательно с резистором Rб и вместе они подключаются к источнику входного нестабилизированного напряжения Uвх. Уже стабилизированное выходное напряжение Uвых снимается только с выводов 2, 3 VD. Поэтому нагрузка Rн подключается к соответствующим точкам 2 и 3. Как видно из схемы, VD и Rб образуют делитель напряжения. Только сопротивление стабилитрон имеет не постоянно значение и называется динамическим, поскольку зависит от величины электрического тока, протекающего через полупроводниковый прибор.

Величина напряжения Uвх, подаваемого на стабилитрон с резисторов должна быть выше на минимум на пару вольт выходного напряжения Uвых, в противном случае полупроводниковый прибор VD не откроется и не сможет выполнять свою основную функцию.

Допустим, в какой-то произвольный момент времени на выходах 1 и 3 значение Uвх начало возрастать. В схеме начнут протекать следующие процессы. С ростом напряжения согласно закону Ома начнет возрастать ток, назовем его входным током Iвх. С увеличением ток возрастет падение напряжения на резисторе Rб, а на VD она останется неизменным (это будет пояснено далее на характеристике), поэтому и Uвых останется на прежнем уровне. Следовательно, прирост входного напряжения упадет или погасится на резисторе Rб. Поэтому Rб называют гасящим или балластным.

Теперь, допустим, изменилась нагрузка, например, снизилось сопротивление Rн, соответственно возрастет и ток Iн. В этом случае снизится ток, протекающий стабилитрон Iст, а Iвх останется практически без изменений.

Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) стабилитрона аналогично ВАХ диода и имеет две ветви: прямую и обратную. Прямая ветвь является рабочей для диода, а обратная ветвь характеризует работу стабилитрона, поэтому он включается в электрическую цепь в обратном направлении (катодом к плюсу, а анодом к минусу) по сравнению с диодом. Поэтому стабилитрон называю опорным диодом, а источник питания с данным полупроводниковым элементом называют опорным источником напряжения. Такой терминологий будем пользоваться и мы.

На обратной ветви вольт-амперной характеристик опорного диода выделим две характерные точки 1 и 3. Точка 1 отвечает минимальному значению тока стабилизации, который находится в пределах единиц миллиампер. Если ток, протекающий через стабилитрон, будет ниже точки 1, то он не сможет выполнять свои функции (не откроется). В случае превышения тока выше точки 3 опорный диод перегреется и выйдет из строя. Поэтому оптимальной точкой в большинстве случае будет точка посредине обратной ветви ВАХ, то есть точка 2. Тогда при изменении тока в широких пределах (смотрите ось Y) точка 2 будет изменять свое положение, перемещаясь вверх или вниз по обратной ветви, а напряжение будет изменяться незначительно (смотрите ось X).

Встречное, параллельное, последовательное соединение стабилитронов

Для повышения напряжения стабилизации можно последовательно соединять два и более стабилитрона. Например на нагрузке нужно получить 17 В, тогда, в случае отсутствия нужного номинала, применяют опорные диоды на 5,1 В и на 12 В.

Параллельное соединение применяется с целью повышения тока и мощности.

Также стабилитроны находят применение для стабилизации переменного напряжения. В этом случае они соединяются последовательно и встречно.

В один полупериод переменного напряжения работает один стабилитрон, а второй работает как обычный диод. Во второй полупериод полупроводниковые элементы выполняют противоположные функции. Однако в таком случае форма выходного напряжения будет отличается от входного и выглядит как трапеция. За счет того, что опорный диод будет отсекать напряжение, превышающее уровень стабилизации, верхушки синусоиды будут срезаться.

Маркировка стабилитронов

Маркировка наносится на корпус стабилитрона в виде цифр и букв (или буквы). Различают принципиально два разных типа маркировки. Стабилитрон в стеклянном корпусе имеет привычную для нас маркировку, непосредственно обозначающую номинальное напряжение стабилизации. Цифры могут быть разделены буквой V, выполняющую роль десятичной точки. Например, 5V1 означает 5,1 В.

Менее понятный способ маркировки состоит из четырех цифр и буквы в конце. Если вы не опытный радиолюбитель, то без даташита никак не обойтись. Для примера расшифруем параметры опорного диода серии 1N5349B. Больше всего нас интересует первый столбец, в котором приведено номинальное напряжение 12 В. Второй столбец – номинальное значения ток – 100 мА.

Катод стабилитрона любого типа обозначается кольцом черного или синего цвета, которое наносится на корпус со стороны соответствующего вывода.

Маркировка SMD стабилитронов

Наибольшее распространение получили опорные диоды в стеклянном корпусе и в пластмассовом корпусе с тремя выводами. Маркировка SMD стабилитрона в стеклянном корпусе состоит из цветного кольца, цвет которого обозначает параметры данного полупроводникового прибора.

Если вам встретился SMD стабилитрон с тремя выводами, то следует знать, что один вывод – это «пустышка», то есть он не задействован и применяется лишь для надежной фиксации элемента на печатной плате после пайки. Анод и катод такого экземпляра проще всего определить с помощью мультиметра.

Мощность рассеивания стабилитрона

Мощность рассеивания стабилитрона Pст характеризует его способность не перегреваться выше определенной температуры на протяжении длительного времени. Чем выше значение Pст, тем больше тепла способен рассеять полупроводниковый прибор. Мощность рассеивания рассчитывается для самых неблагоприятных условий работы прибора, поэтому в ниже приведенную формулу подставляют максимально возможное в работе Uвх и наименьшие значения Rб и Iн:

Существует ряд стандартных номиналом по данному параметру: 0,3 Вт, 0,5 Вт, 1,3 Вт, 5 Вт и т.п. Чем больше Pст, тем больше габариты полупроводникового прибора.

Как проверить стабилитрон

Проверить стабилитрон на предмет исправности довольно просто и быстро можно с помощью простейшего мультиметра. Для этого мультиметр следует перевести в режим «прозвонка», как правило, обозначенный знаком диода. Затем, если положительным щупом мультиметра прикоснуться анода, а отрицательным – катода, то на дисплее измерительного прибора мы увидим некоторое значение падения напряжения на pn-переходе. Поскольку к полупроводниковому прибору приложено прямое напряжение (смотрите прямую ветвь вольт-амперной характеристики), то опорный диод откроется.

Теперь, если щупы мультиметра поменять местами, тем самым приложить к выводам полупроводникового прибора обратное напряжение (смотрите обратную ветвь ВАХ), то он окажется заперт и не будет проводить ток. На дисплее измерительного прибора отобразится единица, обозначающая бесконечно высокое сопротивление.

Если в обеих случаях мультиметр покажет единицу или будет звенеть, то стабилитрон непригоден.

Название полупроводникового элемента, похожего на диод, говорит само за себя. Он позволяет стабилизировать уже сглаженное напряжение за счёт своих физических особенностей. Зачастую возникает такая необходимость, как проверка стабилитрона. Нужно узнать исправность детали, когда не обеспечивается стабилизация напряжения в цепи, где она установлена.

Внешний вид стабилитрона

Что такое стабилитрон

Практически ни один стабилизатор напряжения не обходится без этого полупроводника. По внешнему виду его легко спутать с диодом. Узнавать, какой из элементов стабилизирует разность потенциалов, можно по маркировке. Диод Зенера (стабилитрон) имеет высокое сопротивление, до тех пор, пока не наступает пробой. Поданное обратное смещение вызывает пробой перехода, и ток начинает быстро увеличиваться, а сопротивление уменьшается в интервале от сотен Ом до его дольных величин. Такой режим работы даёт возможность с определённой точностью поддерживать неизменное значение напряжения на элементе.

Главная задача полупроводника – выполнять стабилизацию напряжения. Выпускают в серию детали, рассчитанные на поддержание от 1,8-400 В. Включение радиодетали в схему выполняется параллельно нагрузке.

Условное графическое обозначение элемента

Внимание! Двухполюсник имеет выводы: катод и анод. Если рассматривать область p-n перехода, то вывод, подключенный к p-области, это анод, а к n-области – это катод.

Полупроводниковые элементы, которые составлены из двух встречно направленных стабилитронов, называют двусторонними (двуханодными).

Двусторонний стабилитрон

Классификация этих двухполюсников по функциональному назначению выглядит следующим образом:

• детали общего применения (дискретные), по мощности: 0-0,3; 0,3-5; 5-10 Вт и выше;
• прецизионные элементы, имеющие в своей структуре сложную микросхему (скрытая структура);
• ограничительные стабилитроны, предназначенные для подавителей помех.

Последние предназначены для кратковременного пропускания импульсного тока величиной до сотни ампер. Длительная работа с большими токами вызывает перегрев детали и тепловой пробой.

Внимание! Кремниевый диод (стабилитрон), включенный в схему в обратном направлении, имеет три варианта пробоя: туннельный, лавинный и вызванный тепловой неустойчивостью. Их конструкция подразумевает наступление первых двух пробоев до того, как произойдёт тепловое разрушение перехода.

Схема включения и вольт-амперная характеристика (ВАХ) Zener diode

Порядок проверки

Проверку производят обычным тестером, переключив прибор в диапазон для измерений диодов или сопротивления.

Подключение мультиметра для проверкиКак проверить резистор мультиметром

Поэлементное описание проверки имеет вид:

• на приборе выбирается режим измерения сопротивления;
• щупы тестера подключаются к выводам детали;
• оцениваются показания прибора, высвечиваемые на дисплее.

Когда собственный источник питания мультиметра подключен плюсовым щупом к аноду, то на дисплее можно зафиксировать показания сопротивления от нескольких долей Ома до его единиц. После замены местами измерительных щупов при исправном элементе получают бесконечно большое сопротивление.

Помня о том, что стабилитрон ведёт себя, как простой диод, устанавливают интервал измерений в кОм. В этом случае сопротивление исправной радиодетали доходит до сотен кОм.

Информация. Показания, выданные на дисплей тестером, часто вводят в заблуждение проводящего измерения. Одинаково высокое сопротивление при различных подключениях щупов не всегда означает пробой элемента. Поданное для измерений напряжение внутреннего источника может превысить номинальное напряжения пробоя, тогда полученные результаты будут ложными.

Как проверить стабилитрон мультиметром на плате

Как проверить емкость аккумулятора мультиметром

Когда нет возможности освободить оба вывода элемента для измерений, как проверить стабилитроны? Желательно выпаять хотя бы одну из ножек (выводов) полупроводникового прибора. Таким образом разорвать цепь схемы на плате, куда впаян полупроводник. Это позволит избежать искажение показаний при измерениях. Неточность может возникнуть от влияния других элементов, входящих в схему. Кроме того, нужно обесточить плату, на которой находится проверяемый элемент.

Можно ли проверить деталь, не выпаивая

Как проверить заряд батарейки

Выпаивать полупроводниковую деталь не всегда удобно, особенно, если платы имеют двухсторонний монтаж схемы. Проверка стабилитронов мультиметром без демонтажа вполне возможна. Если показания измерительного прибора не определяют повреждения, то их можно считать реальными. При результатах, показывающих обрыв, можно быть уверенными, что это тоже факт. Но, когда измерения регистрируют пробой – низкое сопротивление при любой полярности подключения щупов, то это не всегда так. В этом случае деталь нужно выпаивать.

Осторожно. Измерения тестером с внутренним напряжением, большим напряжения пробоя стабилитрона, может привести к реальному пробою. Для проверки таких элементов удобно пользоваться стрелочными аналоговыми приборами. Напряжение питания у них – не более 3 В.

Аналоговый стрелочный тестер

Как проверить двусторонний стабилитрон

Бывает, что после выпаивания из платы полупроводникового элемента, при изменении полярности на щупах, сопротивление оказывается большим в обоих случаях. Это не обязательно говорит об обрыве. Проверяемый компонент схемы может быть двусторонним стабилитроном. Как проверить стабилитрон мультиметром?

Чтобы протестировать его работоспособность, нужно:

• увеличить прилагаемое напряжение измерения;
• менять полярность, подаваемую щупами тестера на выводы;
• измерять токи и сравнивать ВАХ исследуемой детали.

Совокупность действий поможет определить, исправен или нет такой зенер диод. Зная о том, что в такой радиодетали катоды внутри соединены между собой, необходимо собрать схему.

В схему входят следующие компоненты:

• тестер;
• резистор сопротивлением 1 кОм (R);
• ИП до 30 вольт.

Для измерения все вместе соединяется в схему:

• подключают резистор к « + » источника питания;
• стабилитрон присоединяют на второй контакт резистора;
• щуп тестера подсоединяют с свободному выводу R и клемме « — » ИП;
• прибор включается в разрыв: « + » ИП и « — » ИП;
• на приборе выбирается наиболее подходящий режим.

При проверке зинер диода с напряжением стабилизации схема будет рабочей, если, изменяя Uпит в границах 13-30 В, на дисплее прибора сохраняется в пределах 12 В, даже при смене полярности.

Важно! Никакой измерительный прибор не может гарантировать, что полученные результаты действительно верны. Для проверки нужно включить в схему полупроводник, подать питание и провести измерения, которые выявляют неисправную деталь.

Основные неисправности стабилитрона

Работоспособность детали, расположенной в блоках аппаратуры, можно выявить, зная основные неисправности. К ним можно отнести следующие повреждения или отклонения от нормы:

• пробой перехода;
• обрыв;
• неправильное напряжение;
• неточный ток.

Если первые два пункта вопросов не вызывают, то вторые две позиции относятся к неявным повреждениям.

Внимание! Когда измеренное мультиметром на диоде зенера падение напряжения в прямом направлении совпадает с заявленным значением, это означает, что элемент исправен.

При проверке стабилитрона подключают плюсовой щуп к аноду, а отрицательный – к катоду. В режиме проверки диодов на экране отобразится величина падения напряжения на тестируемом элементе. При переполюсовке щупов на дисплее не будет значений, высветится «1».

При пробое перехода при прямом и обратном прикасании измерительных щупов на дисплее тестера будут высвечиваться цифры. Когда в режиме проверки диода на тестере присутствует звуковое оповещение (пищалка), то оно сработает.

При обрыве перехода измерения ничего не покажут при любом прикладывании щупов тестера. В этом случае даже без выпаивания стабилитрона из платы можно определить его неисправность.

Неправильное напряжение стабилизации определяется только при включении питания схемы. В режиме вольтметра щупами касаются выводов детали и измеряют параметр. В случае отклонения от необходимой величины стабилитрон заменяется.

При определении исправности элемента с напряжением стабилизации до 20-30 В пользуются простым методом. Для этого нужно собрать небольшую макетную модель для испытаний, в неё входят:

• панель для закрепления микросхем (любая);
• ограничивающий резистор сопротивлением 4,7 кОм, мощностью до 0,25 Вт;
• источник питания: подойдёт блок питания от ноутбука, в идеале – источник с регулировкой выходного напряжения.

Панель от микросхемы поможет закреплять в её пазах любой проверяемый элемент.

Осторожно. При подключении в схему проверяемого полупроводника подключают «плюс» к катоду, «минус» – к аноду. Неправильное включение выведет испытуемую деталь из строя.

Схема для проверки напряжения стабилизации

Стабилизация напряжения с использованием стабилитронов – успешное решение в электронных схемах. Правильное тестирование стабилитрона с помощью мультиметра поможет определить неисправную деталь и сберечь схему от повреждения.

Видео

Внешне стабилитрон похож на диод, выпускается в стеклянном и металлическом корпусе. Его главное свойство заключается в сохранении постоянного напряжения на своих выводах при достижении определенного потенциала. Это наблюдается у него при достижении напряжения туннельного пробоя.

Обычные диоды при таких значениях быстро доходят до теплового пробоя и перегорают. Стабилитроны, их еще называют диодами Зенера, в режиме туннельного или лавинного пробоя могут находиться постоянно, без вреда для себя, не доходя до теплового пробоя.

Прибор изготавливается из монокристаллического кремния, в электронной аппаратуре выступает как стабилизатор или опорное напряжение.

Высоковольтные защищают от перенапряжений, интегральные стабилитроны со скрытой структурой используются в качестве эталонного напряжения в аналого-цифровых преобразователях.

Проверка тестером

Так как стабилитрон и диод имеют почти одинаковые вольтамперные характеристики за исключением участка пробоя, то мультиметром стабилитрон проверяется, как и диод.

Проверка осуществляется любым мультиметром в режиме прозвона диода или определения сопротивления. Выполняются такие действия:

• переключателем устанавливают диапазон измерения Омов;
• к выводам радиодетали подсоединяются измерительные щупы;
• мультиметр должен показать единицы или доли Ом, если его внутренний источник питания подключится плюсом к аноду;
• поменяв щупы местами, меняем полярность напряжения на выводах полупроводника и получаем сопротивление близкое к бесконечности, если он исправен.

Чтобы убедиться в исправности стабилитрона переключаем мультиметр на диапазон измерения сопротивления в килоомах и проводим измерение.

При исправном приборе, показания должны лежать в пределах десятков и сотен тысяч Ом. То есть он пропускает ток, как обычный диод.

Частные случаи

Иногда, мультиметр при проверке исправного полупроводника в режиме измерения сопротивления при обратной полярности показывает значение сильно отличающееся от ожидаемого.

Вместо сотен килоом – сотни ом. Создается впечатление, что он пробит, и прозванивается в обе стороны.

Это возможно в случае использования в мультиметре внутреннего источника питания, превышающего напряжение стабилизации стабилитрона.

Полупроводник уменьшает свое внутреннее сопротивление до тех пор, пока не достигнет напряжения стабилизации. Поэтому при измерениях необходимо это учитывать.

Иногда, при прозвонке мультиметр показывает большое сопротивление при прямом и обратном потенциале. Скорее всего, это двуханодный стабилитрон, поэтому для него полярность значения не имеет.

Для проверки исправности потребуется приложить напряжение чуть больше стабилизирующего, при этом менять полярность. Измеряя токи, проходящие через него и сравнивая вольтамперные характеристики прибора можно выяснить состояние устройства.

Проверка диода Зенера на печатной плате затруднена влиянием других элементов. Для надежного контроля работоспособности необходимо выпаять один вывод, производить измерения вышеописанным способом.

Тестер для стабилитронов

Проверка стабилитронов мультиметром не дает 100% гарантии их исправности. Это связано с тем, что он не может проверить его основные параметры. Поэтому многие радиолюбители изготавливают тестер стабилитронов своими руками.

Схема самого простого варианта состоит из набора аккумуляторов, постоянного резистора номиналом 200 Ом, переменного сопротивления на 2 кОм и мультиметра.

Аккумуляторы соединяются последовательно для получения потенциала необходимого для измерения параметров стабилитронов. Напряжения стабилизации в основном лежат в пределах 1,8-16 В.

Поэтому собирается батарея на 18 В. Затем к ее выводам параллельно подсоединяем последовательную цепочку из переменного резистора на 2 кОм мощностью 5 Вт и постоянного на 200 Ом.

Второй будет играть роль ограничивающего сопротивления. Выводы переменного резистора присоединяются к трехконтактной клеммной колодке.

К первому контакту присоединяется вывод, подключенный к плюсу батареи, ко второму другой крайний вывод, а к третьему средний подвижный контакт резистора.

В других вариантах тестеров можно применять импульсные источники питания с регулируемым напряжением выходного каскада, но суть не меняется, измерителем остается мультиметр.

Определение характеристик

Для проверки исправности стабилитрона и соответствия паспортным данным необходимо проверить его работу на разных напряжениях. Сначала надо прозвонить в режиме измерения сопротивления.

Убедившись в отсутствии пробоя, на первом и третьем контакте колодки выставляется разность потенциалов 0,1 вольта. Это достигается регулировкой резистора.

Проверка происходит в режиме измерения постоянного напряжения. Анод проверяемого стабилитрона подсоединяется к третьему контакту колодки, а катод подключается к первому. Щупы тестера подсоединяются к ним же.

Регулировкой переменного резистора увеличиваем обратное напряжение на полупроводнике до тех пор, пока оно не перестанет изменяться. Если это произошло, значит, стабилитрон достиг напряжения стабилизации и работает нормально.

Иногда требуется определить его вольтамперную характеристику. Тогда к предыдущей схеме добавляется тестер, работающий в режиме амперметра, соединенный последовательно со стабилитроном.

При изменении вольтажа с определенным шагом, снимаются значения напряжения и тока, строится график, получается вольтамперная характеристика.

Используемые источники:

• https://diodov.net/stabilitron-printsip-raboty-i-markirovka-stabilitronov/
• https://amperof.ru/sovety-elektrika/proverit-stabilitron-multimetrom.html
• https://evosnab.ru/instrument/test/proverka-stabilitrona