Содержание драгметаллов
Бытует мнение, что в СССР всё делали «качественно и на совесть, не то что сейчас». Не будем спорить или поддерживать данное утверждение, но касаемо содержания драгоценных металлов в Д814Д оно подходит. На просторах интернета можно найти документацию на данный стабилитрон, выпущенный в разные периоды времени. И несложно проследить такую закономерность: от старых к новым золота содержится все меньше и меньше, так что в устройствах, выпущенных в наши дни, вы едва ли найдете следы благородного металла. Ниже представлен фрагмент паспорта на прибор, выпущенный в СССР. Согласно документа в 1000шт. содержится 0,8126г золота, т.е. в 1шт. приблизительно 0,000813г. Других драгоценных металлов при изготовлении не использовалось.
Цоколевка
Очень важен такой параметр Д814Д как цоколевка. Зная её можно уверенно приступать к монтажу стабилитрона, не боясь перепутать анод с катодом. С этой информацией, как и с габаритным чертежом а так же внешним видом, можно ознакомиться на рисунке ниже. Что касается разновидностей, то чаще всего можно встретить Д814Д в металлостеклянном корпусе КД-8. Такие изделия имеют два гибких вывода для дырочного монтажа. Вывод анода также соединен с упаковкой прибора. На устройство наносится тип стабилитрона, расположение выводов и эмблема предприятия изготовителя.
Новые версии, Д814Д1, изготавливаются в корпусе KD-3A. В этом варианте он имеет маркировку в виде трех узких черных колец возле анода. Масса изделия в корпусе КД-8 не больше 1 гр, а в KD-3A не превышает 0,3 гр.
Области применения
Основная область применения этих элементов – стабилизация постоянного напряжения в маломощных ИП или в отдельных узлах, мощность которых не более десятков ватт. С помощью опорных диодов обеспечивают нормальный рабочий режим транзисторов, микросхем, микроконтроллеров.
В стабилизаторах простой конструкции стабилитрон является одновременно источником опорного напряжения и регулятором. В более сложных конструкциях стабилитрон служит только источником опорного напряжения, а для силового регулирования применяется внешний силовой транзистор.
Термокомпенсированные стабилитроны и детали со скрытой структурой востребованы в качестве дискретных и интегральных источников опорного напряжения. Для защиты электрической аппаратуры от перенапряжений разработаны импульсные лавинные стабилитроны. Для защиты входов электрических приборов и затворов полевых транзисторов в схему устанавливают рядовые маломощные стабилитроны. Полевые транзисторы с изолированным затвором (МДП) изготавливаются с одним кристаллом, на котором расположены: защитный стабилитрон и силовой транзистор.
Виды стабилитронов
На современном рынке электроники имеется широкий ассортимент стабилитронов, адаптированных к определенным условиям применения.
Прецизионные
Эти устройства обеспечивают высокую стабильность напряжения на выходе. К ним предъявляются дополнительные требования к временной нестабильности напряжения и температурного коэффициента напряжения. К прецизионным относятся устройства:
Быстродействующие
Для них характерны: низкое значение барьерной емкости, всего десятки пикофарад, и краткий период переходного процесса (наносекунды). Такие особенности позволяют опорному диоду ограничивать и стабилизировать кратковременные импульсы напряжения.
Стабилизирующие диоды могут быть рассчитаны на напряжение стабилизации от нескольких вольт до нескольких сотен вольт. Высоковольтные стабилитроны устанавливаются на специальные охладители, способные обеспечить нужный теплообмен и уберечь элемент от перегрева и последующего разрушения.
Технические характеристики
Немаловажную роль играют такие параметры, как максимально допустимые характеристики стабилитрона Д814А. Они являются основными при выборе, как перед проектированием, так и при подборе устройства для замены. При выходе параметров за диапазон данных значений, даже в течение небольшого промежутка времени, прибор может выйти из строя. Приведём их показатели для Д814А:
- наименьший ток, необходимый для обеспечения точности стабилизации – 3 мА;
- максимально возможный ток стабилизации при рабочей температуре воздуха:
- +35ОС – 40 мА;
- +100ОС – 24 мА;
- +125ОС – 11,5 мА;
- наибольший возможный прямой ток, протекающий постоянно – 100 мА;
- предельно допустимая рассеиваемая на стабилитроне мощность при температуре:
- меньше +35ОС – 340 мВт;
- +100ОС – 200 мВт;
- +125ОС – 100 мВт;
- диапазон рабочих температур от -60ОС до +125ОС.
Электрические характеристики также содержат важную и интересную информацию о рассматриваемом изделии. Все измерения проводились при температуре +25ОС. Остальные параметры, при которых тестировалось изделие, производители приводят по мере необходимости. Для стабилитрона Д814А они равны:
- напряжение стабилизации при протекающем через переход токе равном 5 мА и температуре окружающего воздуха:
- +25ОС – от 7 до 8,5 В;
- -60ОС – от 6 до 8,5 В;
- +125ОС – от 7 до 9,5 В;
- температурный к-т напряжения стабилизации, измеренный при температуре воздуха от -60 до +125ОС и токе равном 5 мА не должен быть больше 0,070%/ОС;
- временный разброс значения напряжения стабилизации при токе 5 мА – ±1%;
- уход напряжения стабилизации:
- через 5 сек после включения на протяжении следующих 10 сек не более 170 мВ;
- через 15 сек после включения на протяжении следующих 20 сек не более 20 мВ;
- длительно действующее прямое напряжение при температуре от -60ОС до +25ОС и токе, протекающем через стабилитрон в прямом направлении 50 мА не более 1 В;
- постоянный ток, текущий через переход в обратном направлении не более 0,1 мкА;
- дифференциальное сопротивление, измеренное при:
- Т = +25ОС и IСТ = 5 мА не превышает 6 Ом;
- Т = +25ОС и IСТ = 1 мА не превышает 12 Ом;
- Т =-60 ОС и +125ОС и IСТ = 5 мА не превышает 15 Ом;
В технической документации производители приводят также меры безопасности, которые следует соблюдать при монтаже и эксплуатации прибора, чтобы он не вышел из строя. Там говорится, что пайка разрешена на расстоянии 5 мм от корпуса и больше. При изгибе ножки нужно отступить от корпуса на 2 мм и далее от оболочки. При пайке железная упаковка прибора не должна нагреваться до температур выше +125ОС.
Составные стабилитроны
Составной стабилитрон – устройство, применяемой в ситуациях, когда необходимы токи и мощность большего значения, чем это допускают технические условия. В этом случае между стабилизирующим диодом и нагрузкой подсоединяют буферный усилитель постоянного тока. В схеме коллекторный переход транзистора включен параллельно стабилизирующему диоду, а эммиттерный переход – последовательно.
Схема обычного составного стабилитрона не предназначена для применения на прямом токе. Но добавление диодного моста превращает составной стабилитрон в систему двойного действия, которая может работать и при прямом, и при обратном токе. Такие стабилитроны еще называют двойными или двуханодными. Стабилитроны, которые могут работать с напряжением только одной полярности, называют несимметричными. А составные стабилитроны, дееспособные при любом направлении тока, называют симметричными.
Устройство
Полупроводниковые стабилитроны пришли на смену морально устаревшим стабилитронам тлеющего разряда – ионным газоразрядным электровакуумным приборам. Для изготовления стабилитронов используются кремниевые или германиевые кристаллы (таблетки) с проводимостью n-типа, в которые добавляют примеси сплавным или диффузно-сплавным способом. Для получения электронно-дырочного p-n перехода используются акцепторные примеси, в основном алюминий. Кристаллы заключают в корпуса из полимерных материалов, металла или стекла.
SMD стабилитроны, то есть миниатюрные компоненты, предназначенные для поверхностного монтажа, изготавливаются в основном в стеклянных и пластиковых корпусах. Такие элементы могут выпускаться с двумя и тремя выводами. В последнем случае третий вывод является «пустышкой», никакой смысловой нагрузки не несет и предназначается только для надежной фиксации детали на печатной плате.
д814а – характеристики
1. Напряжение стабилизации при Iстаб = 5 мА.
2. Отклонение U стабилизации через 5 секунд после включения не более:
4. Постоянный обратный ток при Uпрям.=1В, не выше 0,1 мкА
5. Дифференциальное сопротивление:
Предельные параметры:
Прямой постоянный ток — 100мА
Рассеиваемая мощность:
д814а – аналоги
Серия д814 имеет множество зарубежных аналогов
Рассмотрим несколько аналогов иностранного производства:
При выборе аналога к стабилитрону, собственно как и при выборе стабилитрона, необходимо четко представлять параметры схемы, в которой диод будет использоваться. Для выбора аналогичного компонента необходимо знать следующие параметры:
К сожалению, для импортных аналогов с параметрами все немного сложнее, чем для отечественных. Все, же 3 аналога, с похожими параметрами нашлись.
Принцип Работы
Диод Зенера, иначе полупроводниковый стабилитрон является особенным видом диода, и работает в режиме «пробоя», при обратном смещении р-n перехода. Иначе говоря, до наступления пробоя стабилитрон практически не пропускает ток, но как только на нем возникает пробой, ток на стабилитроне молниеносно вырастает, а дифференциальное сопротивление становится чрезвычайно низким, от долей до нескольких сот Ом.
Эффект Зенера
Еще называемый туннельным эффектом, именно это явление лежит в основе работы полупроводникового стабилитрона. Дело в том, что г-н Зенер обнаружил, что электроны с помощью электрического поля могут просачиваться через тонкий барьер. Говоря более научным языком, при обратном смещении р-n перехода энергетические зоны как бы перекрывают друг друга (см. рис.1), в результате электроны из валентной р-зоны, попадают в зону проводимости полупроводника, что в конечном итоге проводик к резкому увеличению свободных носителей заряда, и, как следствие к возрастанию обратного тока.
Применение:
Как можно догадаться из названия, стабилитрон нужен для того, чтобы что-то стабилизировать. Что чаще всего стабилизируют в электронике? Правильно — чаще всего стабилизируют напряжение. И делают это потому, что под нагрузкой напряжение «проседает». Итак, диод Зенера используется для стабилизации напряжения. Но все не так просто, для того чтобы эта самая стабилизация произошла на наш полупроводник необходимо подать заведомо большее, в разумных пределах, конечно, напряжение. Например: параметры стабилитрона д814а, указывают на то, что напряжение стабилизации д814а диода при t 25 °C колеблется от 6 до 8,5 В, полная таблица в конце статьи.
Подключим д814а диод в простую схему, нелишним будет сказать, что стабилитроны включаются параллельно с резистором.
Подключим схему к питанию. Пусть изначально напряжение на источнике будет равным 5В, подключим тестер к выводам д814а диода и….тестер покажет, что напряжение на стабилитроне точно такое же, ничего не происходит. Но, стоит поднять напряжение на источнике до 10В, и мы увидим совершенно иную картину: напряжение после полупроводника будет 8,56 В, погрешность никто не отменял. Поднимем до 15В, и снова, напряжение после VD1 8,56В. Наш д814а диод замечательно стабилизирует.
Как отличить стабилитрон от обычного диода
Оба эти элемента имеют схожее обозначение на схеме. На практике отличить стабилитрон от обычного диода и даже узнать его номинал, если оно не более 35 В, можно с помощью приставки к мультиметру.
Для выполнения генератора с широтно-импульсной модуляцией используется специализированная микросхема MC34063. Чтобы обеспечить гальваническую развязку между ИП и измерительной частью схемы напряжение контролируют на первичной обмотке трансформатора. Это позволяет сделать выпрямитель на VD2. Точка стабилизации выходного напряжения устанавливается с помощью резистора R3. Напряжение на конденсаторе С4 – примерно 40 В. Стабилизатор тока А2 и проверяемый опорный диод составляют параметрический стабилизатор, а мультиметр, подключенный к выводам схемы, позволяет определить напряжение стабилитрона.
Если диод подключить в обратной полярности (анод к «-», а катод к «+»), то мультиметр для обычного диода покажет 40 В, а для стабилитрона – напряжение стабилизации.
Для определения работоспособности стабилитрона с известным номиналом используют простую схему, состоящую из источника питания и токоограничительного резистора на 300…500 Ом. В этом случае с помощью мультиметра определяют не сопротивление перехода, а напряжение. Включают элементы, как показано на схеме, и меряют напряжение на стабилитроне.
Медленно поднимают напряжение блока питания. На значении напряжения стабилизации напряжение на стабилитроне должно прекратить свой рост. Если это произошло, значит, элемент исправен. Если при последующем увеличении напряжения ИП диод не начинает стабилизировать, значит, он не исправен.
Способы включения – последовательное и параллельное
На детали импортного производства в сопроводительных документах ситуации, при которых возможно последовательное или параллельное соединение, не регламентируются. В документации на отечественные опорные диоды можно встретить два указания:
Допускается последовательное подключение опорных диодов разных серий в том случае, если рабочие токи созданной цепи не превышают паспортные токи стабилизации для каждой серии, установленной в схеме.
На практике для умножения напряжения стабилизации чаще всего применяют последовательное соединение двух-трех стабилитронов. К этой мере прибегают в том случае, если не удалось достать деталь на нужное напряжение или необходимо создать высоковольтный стабилитрон. При последовательном соединении напряжение отдельных элементов суммируется. В основном этот вид соединения используется при сборке высоковольтных стабилизаторов.
Параллельное соединение деталей служит для того, чтобы повышать ток и мощность. Однако на практике этот вид соединения применяется редко, поскольку различные экземпляры опорных диодов даже одного типа не имеют совершенно одинаковых напряжений стабилизации. Поэтому при параллельном соединении разряд возникнет только в детали с наименьшим напряжением стабилизации, а в остальных пробой не произойдет. Если пробой и возникает, то одни стабилитроны в такой цепи будут работать с недогрузкой, а другие с перегрузкой.
Для стабилизации переменного напряжения стабилитроны соединяются последовательно и встречно. В первый полупериод синусоиды переменного тока один элемент работает как обычный диод, а второй выполняет функции стабилитрона. Во втором полупериоде элементы меняются функциями. Форма выходного напряжения отличается от входного. Ее конфигурация напоминает трапецию. Это связано с тем, что напряжение, превышающее напряжение стабилизации, будет отсекаться и верхушки синусоиды будут срезаны. Последовательное и встречное соединение стабилитронов может применяться в термостабилизированном стабилитроне.
Способы маркировки
На корпусе детали имеется буквенная или буквенно-цифровая маркировка, которая характеризует электрические свойства и назначение устройства. Различают два типа маркировки. Детали в стеклянном корпусе маркируются привычным образом. На поверхности элемента пишут напряжение стабилизации с использованием буквы V, которая выполняет функцию десятичной запятой. Маркировка из четырех цифр и буквы в конце менее понятна. Расшифровать ее можно только с помощью даташита.
Еще один способ обозначения стабилизирующих диодов – цветовая маркировка. Часто применяется японский вариант, который представляет собой два или три цветных кольца. При наличии двух колец, каждое из них обозначает определенную цифру. Если второе кольцо нанесено в удвоенном варианте, то это означает, что между первой и второй цифрой надо поставить запятую.
Характеристики, маркировка и принцип работы стабилитрона
Полупроводниковый стабилитрон, или диод Зенера, представляет собой диод особого типа. При прямом включении обычный диод и стабилитрон ведут себя аналогично. Разница между ними проявляется при обратном включении. Обычный диод при подаче обратного напряжения и превышении его номинального значения просто выходит из строя. А для стабилитрона подключение обратного напряжения и его рост до установленной точки является штатным режимом. При достижении определенной точки обратного напряжения в стабилитроне возникает обратимый пробой. Через устройство начинает течь ток. До наступления пробоя стабилитрон находится в нерабочем состоянии и через него протекает только малый ток утечки. На электросхемах стабилитрон обозначается как стрелка-указатель, на конце которой имеет черточка, обозначающая запирание. Стрелка указывает направление тока. Буквенное обозначение на схемах – VD.
Принцип действия
Стабилитрон был открыт американским физиком Кларенсом Мелвином Зенером, именем которого его и назвали. Электрический пробой p-n перехода может быть обусловлен туннельным пробоем (в этом случае пробой носит название Зенеровского), лавинным пробоем, пробоем в результате тепловой неустойчивости, который наступает из-за разрушительного саморазогрева токами утечки.
И инженеры конструируют эти элементы таким образом, чтобы возникновение туннельного и/или лавинного пробоя произошло задолго до того, как в них возникнет вероятность теплового пробоя.
Величина напряжения пробоя зависит от концентрации примесей и способа легирования p-n-перехода. Чем больше концентрация примесей и чем выше их градиент в переходе, тем ниже обратное напряжение, при котором образуется пробой.
Как было сказано ранее, при прямом подключении стабилитрон при прямом включении ведет себя так же, как и обычный диод, – он пропускает ток. Различия между ними возникают при обратном подключении.
Обычный диод при обратном подключении запирает ток, а стабилитрон при достижении обратным напряжением величины, которая называется напряжением стабилизации, начинает пропускать ток в обратном направлении. Это объясняется тем, что при подаче на стабилитрон напряжения, которое превышает U ном. устройства, в полупроводнике возникает процесс, называемый пробоем. Пробой может быть туннельным, лавинным, тепловым. В результате пробоя ток, протекающий через стабилитрон, возрастает до максимального значения, ограниченного резистором. После достижения напряжения пробоя ток остается примерно постоянным в широком диапазоне обратных напряжений. Точка, в которой напряжение запускает ток, может очень точно устанавливаться в процессе производства легированием. Поэтому каждому элементу присваивают определенное напряжение пробоя (стабилизации).
Стабилитрон используется только в режиме «обратного смещения», то есть его анод подключается к «-» источника питания. Способность стабилитрона запускать обратный ток при достижении напряжения пробоя применяется для регулирования и стабилизации напряжения при изменении напряжения питания или подключенной нагрузки. Использование стабилитрона позволяет обеспечить постоянное выходное напряжение для подключенного потребителя при перепадах напряжения ИП или меняющемся токе потребителя.
