Как проверить стабилитрон на напряжение стабилизации

Как проверить напряжение стабилитрона?

Проверить исправность стабилитрона совсем несложно, он звонится как обычный диод, но иногда при сборке схем или ремонте аппаратуры возникает необходимость определить напряжение стабилитрона. Также бывают случаи, когда нужно подобрать из своих запасов стабилитрон, с определенным напряжением стабилизации. Для таких целей существуют специальные справочники или сайты, где по маркировке стабилитрона мы можем узнать абсолютно все его параметры. Но, что делать, если нет времени для поиска или частично затерта маркировка элемента, как проверить напряжение стабилитрона? Об этом читаем ниже…

Как проверить напряжение стабилитрона?

Как видим, данная схема проверки стабилитрона совсем нехитрая и ее можно собирать буквально за пару минут навесным монтажом.

Для этого нам понадобится:

• блок питания 16 — 18 В (для большинства стабилитронов такого блока питания будет достаточно);
• резистор на 1,5 – 2 кОм;
• мультиметр (цифровой или стрелочный вольтметр);
• проверяемый стабилитрон.

Для наглядного теста мы выбрали три стабилитрона: Д809; КС156А; КС147А, сейчас измерим их напряжение стабилизации. Собираем схему и подключаем поочередно стабилитроны, смотрим на полученный результат.

Д809 – напряжение стабилизации 9,44 В (по паспортным данным напряжение составляет 8 — 9,5 В)

КС156А – полученное напряжение стабилизации 5,48 В (по паспортным данным 5,04 – 6,16 В)

КС147А – напряжение стабилизации 4,77 В (по паспортным данным 4,23 – 5,17 В)

Как видим, вопрос о том, как проверить напряжение стабилитрона решается всего за пару минут и не требует сложных схем, особых навыков и специального оборудования.

Как проверить напряжение стабилизации стабилитрона

Полупроводниковый диод в электронике может выполнять множество функций — выпрямление, детектирование и суммирование сигналов, развязку электрических цепей и т.п. Но есть одна задача диода, которая стоит особняком – стабилизация напряжения, причем работает полупроводниковый прибор при этом в режиме обратного смещения. Лучше всего с такой задачей справляется такая разновидность диода, как стабилитрон (диод Зенера или, иногда, просто зенер).

Внешний вид и суть стабилитрона

Диод Зенера КС156А в различных вариантах корпуса

Внешне диод Зенера не отличается от обычного диода — металлический или стеклянный корпус с двумя выводами. Его устройство также не отличается от устройства любого диода – один p-n переход, заключенный в оболочку. Электрические параметры этого полупроводникового прибора также не имеют выходящих из стандарта значений.

Некоторые SMD-стабилитроны имеют три вывода, но один из них либо не используется, либо параллелен другому выводу.

Стабилитрон BZX84 в SMD-корпусе

Главной отличительной особенностью стабилитрона является нормированность некоторых характеристик, главные из которых – напряжение, при котором происходит лавинный пробой (Uстаб) и дифференциальное сопротивление.

Иными словами, на месте диода Зенера может работать любой диод. Но в коробке с тысячей экземпляров полупроводниковых приборов может не оказаться ни одного с нужным напряжением стабилизации, а если и удастся подобрать нужный экземпляр, то не факт, что его стабилизирующие свойства окажутся хотя бы удовлетворительными.

Как работает стабилитрон, сравнение с другими регуляторами напряжения

Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Чтобы разобраться в принципе работы стабилитрона, надо рассмотреть его вольт-амперную характеристику (и она не отличается от ВАХ обычных диодов). При приложении прямого напряжения поведение кремниевого диода Зенера особенностей не имеет. Он откроется примерно при 0,6 вольтах и дальше ток будет расти с ростом напряжения.

Если приложить к выводам стабилитрона напряжение в обратном направлении, при определенном значении произойдет лавинный пробой (он носит обратимый характер). Ветвь ВАХ расположена довольно круто к оси абсцисс. Это значит, что при больших изменениях тока ΔI напряжение на стабилитроне будет меняться мало (ΔU). Это и есть стабилизация. Отношение ΔU/ΔI (котангенс угла наклона обратной ветви АЧХ) называется дифференциальным (или динамическим) сопротивлением, и оно характеризует стабилизирующие свойства прибора. Чем оно меньше, тем меньше изменение напряжения при изменении тока. В идеале угол наклона АЧХ равен 90 градусов и динамическое сопротивление равно нулю.

При дальнейшем повышении напряжения p-n переход может перейти в зону теплового (необратимого) пробоя и выйдет из строя.

Менее распространены, но занимают свою нишу стабисторы. Эти полупроводниковые приборы служат стабилизаторами напряжения при уровнях до 2 вольт и работают они на прямой ветви ВАХ.

Раньше, когда полупроводниковые приборы были не так доступны, в качестве источников образцового напряжения применялись стабиловольты – газоразрядные приборы. Их принцип действия основан на свойствах тлеющего разряда. теперь эти устройства практически вышли из употребления.

Классификация

Принципиально различных разновидностей стабилитрона всего два:

1. Обычный.
2. Двуханодный.

Второй тип полупроводникового прибора аналогичен двум обычным диода Зенера, включенным навстречу друг другу. При необходимости, такой стабилитрон и может быть заменен на два с соответствующим Uстаб.

В остальном классификация диодов Зенера носит только количественный характер:

• силовые стабилитроны (с повышенным током стабилизации);
• прецизионные (с меньшим разбросом по Uстаб);
• термокомпенсированные (с уменьшенной зависимостью параметров от температуры).

Также стабилитроны различаются по типу корпуса и массогабаритным показателям (обычно, чем мощнее прибор, тем он крупнее и массивнее).

Обозначение стабилитрона на схемах и чертежах

УГО обычного и двуханодного диодов Зенера

Условно-графическое обозначение стабилитрона похоже на УГО диода с небольшим добавлением (штрихом) со стороны катода. Двуханодный стабилитрон обозначается, как два встречно подключенных диода Зенера (без вывода катода).

Что важно учесть при выборе

Главным критерием выбора диода Зенера является, конечно, напряжение стабилизации. Если нет подходящего по этому параметру стабилитрона, остальные характеристики можно не рассматривать. Но если нужные приборы в наличии, надо выбирать стабилитрон по остальным критериям:

• наибольший допустимый ток – в основном, от стабилитронов большая мощность не требуется, за исключением параметрических стабилизаторов (без элементов умощнения);
• дифференциальное сопротивление – чем меньше, тем лучше.

Остальные параметры – температурную стабильность, коэффициент шума, массогабаритные показатели, тип корпуса и т.п. – можно выяснить в даташитах и справочниках.

Как определить вольтаж

У многих стабилитронов Uстаб «зашито» в его маркировку. Например:

• стабилитрон КС156 имеет напряжение стабилизации 5,6 вольт;
• КС133 – 3,3 вольта;
• BZV55-C4V3 – 4,3 вольта;
• BZX55-C2V7 – 2,7 вольта.

Проблема состоит в том, что далеко не все полупроводниковые приборы маркируются столь удобным способом. Например, обозначение Д814А не содержит в явном виде напряжения стабилизации (но по справочнику можно понять, что его напряжение составляет от 10 до 12 вольт). К тому же маркировка не всегда наносится на корпус в буквенно-цифровом виде (а иногда просто стирается). Часто маломощные стабилитроны обозначают цветовым кодом или кодом из двух-трех символов.

Но иногда производители ухитряются нанести напряжение стабилизации даже на малогабаритный стеклянный корпус.

Напряжение стабилизации этого прибора – 5,1 вольт

Поэтому в некоторых случаях требуется узнать фактическое Uстаб стабилитрона. Для этого надо собрать несложную схему.

Схема определения напряжения стабилизации

Для этого понадобятся:

(БП) с диапазоном, заведомо превышающим предполагаемое напряжение стабилитрона;
• вольтметр (например, в составе мультиметра);
• балластный резистор 0,5..3 кОм.

После сборки схемы регулятор напряжение источника питания надо поставить на минимум (по возможности на ноль) и включить источник. Плавно поднимая выходной уровень БП, надо контролировать напряжение на стабилитроне. Сначала оно будет расти вслед за увеличением выходного уровня источника питания. В определенный момент оно перестанет увеличиваться, несмотря на повышение напряжения на выходных клеммах БП. Это и будет искомое Uстаб.

Этот элемент имеет Uстаб, равное 8,3 вольта

Чтобы проверить стабилитрон на исправность, достаточно мультиметра. Диод Зенера прозванивается в обе стороны, подобно обычному диоду.

Правила и примеры включения в электрической цепи

Первое, что надо помнить при работе со стабилитроном – он всегда включается в обратной полярности по сравнению с обычным диодом. Ничего страшного не случится, если его включить и в прямой полярности, но и работать он тогда будет, как обычный диод. Последовательно со стабилитроном включают балласт (обычно резистор), чтобы излишек напряжения упал на нем.

Базовая схема включения представляет собой параметрический стабилизатор – последовательно включенные диод Зенера и балластный резистор. Параллельно полупроводниковому прибору можно подключить нагрузку, и уровень на ней будет оставаться стабильным при изменении потребляемого тока (в определенных пределах). Эта схема называется последовательным (или параметрическим) стабилизатором.

Базовая схема включения диода Зенера – параметрический стабилизатор

Для повышения напряжения стабилизации стабилитроны можно включать последовательно. Общее напряжение при этом суммируется. Так, при последовательном включении двух диодов Зенера напряжением по 5 вольт каждый, общее напряжение стабилизации получается равным 10 вольт.

При последовательном включении общее напряжение суммируется

Но нельзя включать стабилитроны параллельно («для повышения мощности»). Из-за неизбежного разброса параметров, у одного прибора Uстаб будет выше, чем у другого. И прибор с большим уровнем «утянет» второй прибор в зону теплового пробоя, что приведет к его выходу из строя.

Параллельно включать стабилитроны нельзя!

Чтобы повысить рабочий ток схемы стабилизации, к базовой схеме добавляется мощный транзистор. Стабилитрон задает постоянное напряжение на его базе.

Схема последовательного стабилизатора

При изменении тока транзистор приоткрывается или слегка закрывается, стабилизируя напряжение на нагрузке. Такая схема называется последовательным стабилизатором (транзистор включен последовательно с нагрузкой).

Простой генератор «белого» шума на диоде Зенера

Стабилитроны используются не только в качестве источников образцового напряжения. Иное применение – защита от несанкционированного повышения напряжения на нагрузке (барьер Зенера). В других схемах используется вредное, в целом, явление – стабилитрон генерирует шум при работе в обратносмещенном режиме. Обычно этот эффект купируют, для чего включают параллельно с диодом Зенера конденсатор. Но для некоторых целей это свойство стабилитрона используют для создания генераторов шума. В общем, применение этому распространенному и недорогому полупроводниковому прибору найдется всегда, и замены ему пока не видно.

Как проверить стабилитрон (диод Зенера) мультиметром

Стабилитрон, который в западной технической литературе больше известен, как диод Зенера (DZ) — ключевой компонент стабилизированного блока питания (БП). Это полупроводниковый диод, благодаря которому на выходе из БП поддерживается стабильный уровень напряжения.

Если в цепи происходит сбой, как правило, первым выходит со строя стабилитрон. Специалисту, обслуживающим блок питания или другой прибор, в состав которого включены стабилитроны, нужно понимать, как проверить стабилитрон мультиметром.

Принцип работы стабилитрона

Стабилитрон — электронный прибор с нелинейной VA-характеристикой. Это специально разработанный высоколегированный диод с PN-переходом. Несмотря на то, что по характеристикам он имеет много общего с диодом, между ними все же имеются существенные различия.

Если стабилитрон поляризован в прямом направлении, то он функционирует, как обычный диод и проводит ток. Когда он смещен в обратном направлении, то он не проводит ток, пока приложенное напряжение ниже напряжения стабилизации. После достижения этого показателя, ток течет от катода к аноду и напряжение DZ поддерживается между его выводами.

При достижении некоторого напряжения, протекает пробой PN-перехода, при этом сопротивление перехода понижается. В результате чего напряжение на DZ постоянно, а ток, проходящий через полупроводник, возрастает. Диод Зенера должен быть спроектирован так, чтобы выдерживать мощность нагрузки, иначе они могут быть заблокированы или даже сгореть.

Принцип работы стабилитрон визуально похожа на работу бочки с водой, оборудованной переливной трубой, которая всегда будет поддерживать воду на одном уровне, сколько ее не заливать в бочку.

Когда нужно проверить стабилитрон

Большинство стабилитронов не разработаны на большой ток. При значительных токовых нагрузках они довольно быстро нагреваются, а при достижении максимума у них появляется тепловой пробой. Разрушающими для них также является превышение предельного показателя обратного напряжения, тепловое или механическое внешнее воздействие. Неисправный DZ нарушает процесс стабилизации напряжения источника питания, что оказывает влияние на функциональность токоприемников подключенных в БП.

Пробой и обрыв достаточно просто можно установить с применением мультиметра.

В первом случае мультиметр, подключенный к стабилитрону в режиме замера сопротивления, демонстрирует самое меньшее сопротивление, ориентировочно 1 Ом. Во втором — мультиметр применяют также в режиме замера сопротивления. Шкала покажет бесконечное сопротивление при любом подключении DZ (в прямом и обратном направлении).

Порядок проверки

Основной тест — это проверка стабилитрона по состоянию его перехода. Для определения напряжения стабилитрона, может быть проведен более полный тест, но для этого требуются некоторые дополнительные устройства в качестве источника БП.

Чтобы диагностировать DZ на работоспособность, мультиметр применяют в режиме замера сопротивления, либо в режиме тестирования диодов. Технология замеров аналогична диодам:

1. К выводам DZ приставляют щупы, и проверяют показания на шкале индикации.
2. Измерения проводят сначала в прямом направление, прикладывая «+» к катоду, а потом в обратном направлении, прикладывая к аноду DZ.
3. В первом случае, прибор определяет бесконечное сопротивление, а во втором — единицы и десятки Ом. Это свидетельствует об исправности DZ.
4. Как и в случае с обычным диодом, при прямой поляризации необходимо считывать низкое сопротивление или обрыв цепи.
5. При обратной поляризации необходимо считывать высокое сопротивление.
6. Диоды с низким сопротивлением или обрывом в обоих тестах закорочены. Диоды с высоким сопротивлением в обоих тестах разомкнуты. Обратное сопротивление между 20 кОм и 200 кОм указывает на поломку, а выше на исправность .
7. Когда в результате замеров сопротивления в обоих направлениях достигает бесконечности, это свидетельствует об обрыве PN-перехода.

Это простейший тест, в котором проверяется только состояние PN-перехода. Он показывает, целостный ли компонент или закорочен. Пользователь ничего не сможет узнать о напряжении стабилитрона, рассеивании или других важных характеристиках.

Важно! Испытание проводится с мультиметром, у которого внутреннее питание ниже, чем напряжение проверяемого стабилитрона. Например, тестер целостности цепи, который прикладывает 6 В к тестируемому компоненту, не подходит для проверки диода Зенера 3.3 В.

Как проверить стабилитрон, не выпаивая из платы

Можно выполнить частичную проверку стабилитрона мультиметром, не выпаивая из схемы, поскольку он электрически связан с другими компонентами платы. В связи с этим, диагностировать его на пробой в таким состоянии невозможно.

Фактически, можно прозвонить DZ мультиметром на плате только по параметру стабильности напряжения питания. Для этого предварительно нужно знать исходное значение напряжения по его марке. После этого включают тестер и соединяют щупы с выводами стабилитрона. Если в ходе измерений получится напряжение, равное или выше паспортного значения напряжения DZ, то стабилитрон исправен.

Важно! При проведении ремонта платы, где размещен диод Зенера, важно принять меры защиты от поражения электротоком. Процедура проверки аналогична, как и для выпаянного стабилитрона.

Как протестировать двусторонний стабилитрон

В бытовых приборах разного назначения часто используют двухсторонние стабилитроны, которые выполнены из 2-х стабилитронов в одном корпусе, направленных навстречу друг другу.

Такой стабилитрон способен одинаково хорошо функционировать, как с импульсным напряжением, так и с переменной полярностью. Выполнение проверки на пробой у этой модели стабилитрона лишена смысла. По этой причине их можно тестировать исключительно на соответствие напряжения .

Частные случаи прозвонки

В некоторых случаях мультиметр, при испытании рабочего диода Зенера в режиме замера сопротивления при обратной полярности, демонстрирует величину, существенно отличающуюся от ожидаемого показателя. Это происходит в том случае, когда внутренний источник электропитания, больше напряжение стабилизации DZ. Это объясняется тем, что он будет снижать свое внутреннее сопротивление до того времени, пока не будет достигнуто напряжения стабилизации. Этот факт требуется учитывать при выполнении тестирования стабилитронов.

Иногда, при прозвонке тестер демонстрирует значительное сопротивление, как при прямом, так и при обратном потенциале. Это может случаться, когда применяется двуханодная конструкция стабилитрона, для которого показатель полярности не имеет существенного значения. Для того, чтобы проверить такой стабилитрон, напряжение должно быть выше стабилизирующего. Одновременно потребуется поменять полярность. Измеряя токи, протекающие через DZ и сопоставляя VA-характеристики тестируемого, определяют его работоспособность.

Методы проверки стабилитрона мультиметром и тестером

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.