Стабилитрон

Возможные неисправности

Во время работы устройств с диодами могут возникать различные поломки. Это происходит из-за старения элементов или их амортизации.

Среди них такие:

1. Электрический пробой. Это одна из наиболее распространённых поломок, которые встречаются у диодов. Она является обратимой, так как не приводит к разрушению диодного кристалла. Исправить её можно путём постепенного снижения подаваемого напряжения.
2. Тепловой пробой. Такая неисправность более губительна для диода. Она возникает из-за плохого теплоотвода или перегрева в области p-n перехода. Последний образуется только в том случае, если устройство питается от тока с чрезмерно высокими показателями. Без проведения ремонтных мероприятий проблема только усугубится. При этом произойдёт рост колебания атомов диодного кристалла, что приведёт к его деформации и разрушению.
3. Обрыв. При возникновении этой неисправности устройство прекращает пропуск электрического тока в обоих направлениях. Таким образом, он становится изолятором, блокирующим всю систему. Для устранения поломки нужно точно определить её местонахождение. Для этого следует применять специальные высокочувствительные тестеры, которые повысят шанс обнаружить обрыв.
4. Утечка. Под этой поломкой понимают нарушение целостности корпуса, вызванного физическим или иным воздействием на прибор.

https://youtube.com/watch?v=Wx5gthJQQK8

Работа диода и его вольт-амперная характеристика

Под вольт-амперной характеристикой данных приборов понимается кривая линия, которая показывает то, в какой зависимости находится электрический ток, протекающий через p-n-переход, от объемов и полярности напряжения, воздействующего на него.

Подобный график можно описать следующим образом:

1. Ось, расположенная по вертикали: верхняя область соответствует значениям прямого тока, нижняя область параметрам обратного тока.
2. Ось, расположенная по горизонтали: область, находящаяся справа, предназначена для значений прямого напряжения; область слева для параметров обратного напряжения.
3. Прямая ветвь вольт-амперной характеристики отражает пропускной электрический ток через диод. Она направлена вверх и проходит в непосредственной близости от вертикальной оси, поскольку отображает увеличение прямого электрического тока, которое происходит при увеличении соответствующего напряжения.
4. Вторая (обратная) ветвь соответствует и отображает состояние закрытого электрического тока, который также проходит через прибор. Положение у нее такое, что она проходит фактически параллельно относительно горизонтальной оси. Чем круче эта ветвь подходит к вертикали, тем выше выпрямительные возможности конкретного диода.
5. По графику можно наблюдать, что после роста прямого напряжения, протекающего через p-n-переход, происходит медленное увеличение показателей электрического тока. Однако постепенно, кривая достигает области, в которой заметен скачок, после которого происходит ускоренное нарастание его показателей. Это объясняется открытием диода и проведением тока при прямом напряжении. Для приборов, изготовленных из германия, это происходит при напряжении равном от 0,1В до 0,2В (максимальное значение 1В), а для кремниевых элементов требуется более высокий показатель от 0,5В до 0,6В (максимальное значение 1,5В).
6. Показанное увеличение показателей тока может привести к перегреву полупроводниковых молекул. Если отведение тепла, происходящее благодаря естественным процессам и работе радиаторов, будет меньше уровня его выделения, то структура молекул может быть разрушена, и этот процесс будет иметь уже необратимый характер. По этой причине, необходимо ограничивать параметры прямого тока, чтобы не допустить перегрева полупроводникового материала. Для этого, в схему добавляются специальные резисторы, имеющие последовательное подключение с диодами.
7. Исследуя обратную ветвь можно заметить, что если начинает увеличиваться обратное напряжение, которое приложено к p-n-переходу, то фактически незаметен рост параметров тока. Однако в случаях, когда напряжение достигает параметров, превосходящих допустимые нормы, может произойти внезапный скачок показателей обратного тока, что перегреет полупроводник и будет способствовать последующему пробою p-n-перехода.

Схема для проверки

Рассмотрим еще одну простейшую схему для определения напряжения стабилизации, которая состоит из:

• Регулируемого блока питания. Постоянное напряжение должно изменяться плавно потенциометром от 0 до 50 В (чем выше максимальное напряжение тем больший диапазон элементов вы сможете проверить). Это позволит проверить практически любой маломощный стабилитрон.
• Набор токоограничивающих резисторов. Обычно они имеют номинал 1 Ком, 2,2 Ком и 4,7 Ком, но их может быть и больше. Все зависит от напряжения и тока стабилизации.
• Вольтметр, можно использовать обыкновенный мультиметр.
• Колодка с подпружиненными контактами. Она должна иметь несколько ячеек, чтобы была возможность подключать полупроводники с различными корпусами.

Для проверки подключают стабилитрон по вышеприведенной схеме и постепенно поднимают напряжение на источнике питания от 0. При этом контролируют показания вольтметра. Как только напряжение на элементе перестанет расти, независимо от его увеличения на блоке питания, это и будет стабилизацией по напряжению.

Если на элементе есть маркировка, то полученные при измерении данные сверяют с таблицей в справочнике по параметрам.

Отметим, что стабилитроны могут выпускаться в различном исполнении. Например, КС162 производятся в керамических корпусах, КС133 в стеклянных, Д814 и Д818 в металлических.

Приведем характеристики некоторых распространенных отечественных стабилитронов:

• КС133а напряжение стабилизации равно 3,3 В, выпускаются в стеклянном корпусе;
• КС147а поддерживает напряжение на уровне 4,7 В, корпус стеклянный;
• КС162а– 6,2 В, корпус из керамики;
• КС175а – 7,5 В, имеет керамический корпус;
• КС433а – 3,3 В, выпускают в металлическом корпусе;
• КС515а – 15 В, корпус из металла;
• КС524г – в керамическом корпусе с напряжением 24 В;
• КС531в – 31 В, керамический корпус;
• КС210б – напряжение стабилизации 10 В, корпус из керамики;
• Д814а – 7-8,5 В, в металлическом корпусе;
• Д818б – 9 В, металлический корпус;
• Д817б – 68 В, в корпусе из металла.

Для проверки стабилитрона с большими напряжениями стабилизации применяется другая схема, которая представлена на рисунке снизу.

Проверка производится аналогично описанному способу. Похожие приборы выпускаются китайскими производителями.

Однако, можно собрать простейшую схему для проверки стабилитронов с применением мультиметра. Это хорошо показано на видео далее.

Следует предупредить, что показанную на видео электрическую схему применять не рекомендуется, т.к. она небезопасна и требует соблюдения техники безопасности. В противном случае можно получить травму (в лучшем случае).

Что это такое

В литературе дается следующее определение:

Стабилитрон или диод Зенера это прибор, предназначенный для стабилизации напряжения в электрических цепях. Работает при обратном смещении в режиме пробоя. До наступления пробоя имеет высокое сопротивление перехода. Протекающие при этом токи незначительны. Широко используются в электронике и в электротехнике.

Если говорить простыми словами, то стабилитрон предназначен для стабилизации напряжения в электронных схемах. В цепь он включается в обратном направлении. При достижении напряжения, превышающего напряжение стабилизации, происходит обратимый электрический пробой pn-перехода. Как только оно понизится до номинала, пробой прекращается, и стабилитрон закрывается.

На нижеприведенном рисунке представлена графическая схема для чайников, позволяющая понять принцип действия диода Зенера.

Основными преимуществами является невысокая стоимость и небольшие габариты. Промышленность выпускает устройства с напряжением стабилизации о 1,8 — 400 В в металлических, керамических или корпусах из стекла. Это зависит от мощности, на которую рассчитан стабилитрон и других характеристик.

Для стабилизации высоковольтного напряжения от 0,4 до нескольких десятков кВ, применяются стабилитроны тлеющего разряда. Они имеют стеклянный корпус и до появления полупроводниковых приборов применялись в параметрических стабилизаторах.

Аналогичными свойствами обладают приборы, меняющие свое сопротивление в зависимости от приложенного напряжения – это варисторы. Между стабилитроном и варистором разница заключается в том, что последний обладает двунаправленными симметричными характеристиками. А это значит, что в отличие от диодов, он не имеет полярности. Кратко варистор предназначен для обеспечения защиты от перенапряжения электронных схем.

Для предохранения аппаратуры от скачков напряжения применяют супрессоры. Между стабилитроном и супрессором отличия заключаются в том, что первый постепенно изменяет свое внутреннее сопротивление в зависимости от приложенного напряжения. Второй при достижении определенного порога напряжения открывается сразу. Т.е. его внутреннее сопротивление стремится к нулю. Основное назначение супрессоров — защита аппаратуры от скачков питания.

На рисунке ниже представлено условно графическое обозначение (УГО по ГОСТ) полупроводника и его вольт-амперная характеристика.

На рисунке цифрами указан участок 1-2. Он является рабочим и предназначен для стабилизации напряжения в цепях. Если прибор включить в прямом направлении, то он будет работать как обычный диод.

Рекомендуем посмотреть следующий видеоролик, чтобы подробнее изучить принцип действия стабилитрона, обозначение элементов и область их применения.

Проверка генератора на машине

В первую очередь нужно посмотреть, цел ли ремень генератора. Если он не порван, тогда проверяется натяжение ремня. Затем очередь за аккумулятором. Тестером (мультиметром) замеряем напряжение на клеммах. Оно должно быть в районе 12−12,7 вольт. Если все нормально, запускаем двигатель. Если батарея разряжена, заряжаем и опять заводим мотор.

Замеряем напряжение на клеммах аккумуляторной батареи (АКБ). Оно должно быть в заданных пределах, обычно от 13,2 до 14,5 вольт. Но на современных автомобилях эти пределы могут отличаться. Если имеется руководство по эксплуатации, то можно ознакомиться с ним. Отклонение от заданных значений в любую сторону является неисправностью. Эти отклонения могут быть трёх видов:

1. Отсутствие зарядного тока — генератор не работает.
2. Зарядный ток есть, но ниже минимального значения​ — идёт недостаточный заряд АКБ.
3. Напряжение выше максимального значения ​— перезаряд АКБ.

Все три случая говорят о существующей неисправности в системе электрического снабжения автомобиля. нужно провести комплексную проверку генератора.

Но перед этим проведите визуальный осмотр всех проводов и кабелей, которые идут от генератора к аккумулятору. Не должно быть видимых повреждений, обрывов и окислений электропроводки. Обязательно проверьте клеммы на аккумуляторе, стартере и генераторе. Они должны быть чистыми и сухими. Любые окисление, ржавчину и грязь надо почистить. Нередко это помогает восстановить утраченный контакт и автомобиль начинает работать, как положено. Если же это не помогло, приступаем к детальной проверке.

Использование мультиметра

Для дальнейшей проверки лучше снять генератор с автомобиля. В первую очередь снимите с генератора реле-регулятор и проверяем его. Для проверки стабилизатора напряжения понадобятся мультиметр и зарядное устройство с регулирующимся напряжением. Лучше будет вместо зарядного устройства использовать блок питания. Регулировки напряжения от 0 до 16 вольт будет вполне достаточно.

Плюс блока питания соедините с регулятором — обычно это штекерное соединение «папа». Минус цепляйте к минусу, он обычно выводится на ухо крепления реле. Красный провод тестера соедините с плюсовым проводом блока питания, чёрный — с минусом. К щёткам подсоедините два зачищенных провода, по одному на каждую. К другим предварительно зачищенным концам подсоединяется лампочка (ее можно на время проверки снять с задних фонарей автомобиля). Стенд для проверки готов.

Прозвонка реле-регулятора

Подключите к сети блок питания, осторожно ручкой регулятора начинайте поднимать напряжение. Одновременно с этим следите за показаниями мультиметра

Лампочка в самом начале не должна гореть, но по мере поднятия напряжения должна загореться, сначала в пол-накала и по мере прибавления яркость должна увеличиваться.

При достижении отметки в 14,5 вольт регулятор должен сработать, отсекая напряжение. Лампочка после этого должна потухнуть. Принято считать, что стабилизатор рабочий, если он отсекает ток на значениях от 14,2 до 14,8 вольт. Если же это происходит на более низких или более высоких показателях, то регулятор напряжения неисправен. А также реле неисправно, если отсечение тока отсутствует вовсе.

В случае неисправности реле меняем его на новое. Если же оно исправно, продолжаем проверку.

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.