как узнать на какое напряжение стабилитрон
Как работает стабилитрон
Немного теории
Стабильная зарплата, стабильная жизнь, стабильное государство. Последнее не про Россию, конечно :-). Если глянуть в толковый словарик, то можно толково разобрать, что же такое “стабильность”. На первых строчках Яндекс мне сразу выдал обозначение этого слова: стабильный – это значит постоянный, устойчивый, не изменяющийся.
Но чаще всего этот термин используется именно в электронике и электротехнике. В электронике очень важны постоянные значения какого-либо параметра. Это может быть сила тока, напряжение, частота сигнала и другие его характеристики. Отклонение сигнала от какого-либо заданного параметра может привести к неправильной работе радиоэлектронной аппаратуры и даже к ее поломке. Поэтому, в электронике очень важно, чтобы все стабильно работало и не давало сбоев.
В электронике и электротехнике стабилизируют напряжение. От значения напряжения зависит работа радиоэлектронной аппаратуры. Если оно изменится в меньшую, или даже еще хуже, в большую сторону, то аппаратура в первом случае может неправильно работать, а во втором случае и вовсе колыхнуть ярким пламенем.
Для того, чтобы не допустить взлетов и падения напряжения, были изобретены различные стабилизаторы напряжения. Как вы поняли из словосочетания, они используются чтобы стабилизировать “играющее” напряжение.
Стабилитрон или диод Зенера
Самым простым стабилизатором напряжения в электронике является радиоэлемент стабилитрон. Иногда его еще называют диодом Зенера. На схемах стабилитроны обозначаются примерно так:
Вывод с “кепочкой” называется также как и у диода – катод, а другой вывод – анод.
Стабилитроны выглядят также, как и диоды. На фото ниже, слева популярный вид современного стабилитрона, а справа один из образцов Советского Союза
Если присмотреться поближе к советскому стабилитрону, то можно увидеть это схематическое обозначение на нем самом, указывающее, где у него находится катод, а где анод.
Напряжение стабилизации
Самый главный параметр стабилитрона – это конечно же, напряжение стабилизации. Что это за параметр?
Давайте возьмем стакан и будем наполнять его водой…
Сколько бы воды мы не лили в стакан, ее излишки будут выливаться из стакана. Думаю, это понятно и дошкольнику.
Теперь по аналогии с электроникой. Стакан – это стабилитрон. Уровень воды в полном до краев стакане – это и есть напряжение стабилизации стабилитрона. Представьте рядом со стаканом большой кувшин с водой. Водой из кувшина мы как раз и будем заливать наш стакан водой, но кувшин при этом трогать не смеем. Вариант только один – лить воду из кувшина, пробив отверстие в самом кувшине. Если бы кувшин был меньше по высоте, чем стакан, то мы бы не смогли лить воду в стакан. Если объяснить языком электроники – кувшин обладает “напряжением” больше, чем “напряжение” стакана.
Так вот, дорогие читатели, в стакане заложен весь принцип работы стабилитрона. Какую бы струю мы на него не лили (ну конечно в пределах разумного, а то стакан унесет и разорвет), стакан всегда будет полным. Но лить надо обязательно сверху. Это значит, напряжение, которое мы подаем на стабилитрон, должно быть выше, чем напряжение стабилизации стабилитрона.
Маркировка стабилитронов
Для того, чтобы узнать напряжение стабилизации советского стабилитрона, нам понадобится справочник. Например, на фото ниже советский стабилитрон Д814В:
Ищем на него параметры в онлайн справочниках в интернете. Как вы видите, его напряжение стабилизации при комнатной температуре примерно 10 Вольт.
Зарубежные стабилитроны маркируются проще. Если приглядеться, то можно увидеть незамысловатую надпись:
5V1 – это означает напряжение стабилизации данного стабилитрона составляет 5,1 Вольта. Намного проще, не так ли?
Катод у зарубежных стабилитронов помечается в основном черной полосой
Как проверить стабилитрон
Как же проверить стабилитрон? Да также как и диод! А как проверить диод, можно посмотреть в этой статье. Давайте же проверим наш стабилитрон. Ставим мультиметр на прозвонку и цепляемся красным щупом к аноду, а черным к катоду. Мультиметр должен показать падение напряжения прямого PN-перехода.
Ну что же, настало время опытов. В схемах стабилитрон включается последовательно с резистором:
где Uвх – входное напряжение, Uвых.ст. – выходное стабилизированное напряжение
Если внимательно глянуть на схему, мы получили ни что иное, как Делитель напряжения. Здесь все элементарно и просто:
Или словами: входное напряжение равняется сумме напряжений на стабилитроне и на резисторе.
Эта схема называется параметрический стабилизатор на одном стабилитроне. Расчет этого стабилизатора выходит за рамки данной статьи, но кому интересно, в гугл 😉
Итак, собираем схемку. Мы взяли резистор номиналом в 1,5 Килоом и стабилитрон на напряжение стабилизации 5,1 Вольта. Слева цепляем блок питания, а справа замеряем мультиметром полученное напряжение:
Теперь внимательно следим за показаниями мультиметра и блока питания:
Так, пока все понятно, еще добавляем напряжение… Опа на! Входное напряжение у нас 5,5 Вольт, а выходное 5,13 Вольт! Так как напряжение стабилизации стабилитрона 5,1 Вольт, то как мы видим, он прекрасно стабилизирует.
Давайте еще добавим вольты. Входное напряжение 9 Вольт, а на стабилитроне 5,17 Вольт! Изумительно!
Еще добавляем… Входное напряжение 20 Вольт, а на выходе как ни в чем не бывало 5,2 Вольта! 0,1 Вольт – это ну очень маленькая погрешность, ей можно даже в некоторых случаях пренебречь.
Вольт-амперная характеристика стабилитрона
Думаю, не помешало бы рассмотреть Вольт амперную характеристику (ВАХ) стабилитрона. Выглядит она примерно как-то так:
Iпр – прямой ток, А
Uпр – прямое напряжение, В
Эти два параметра в стабилитроне не используются
Uобр – обратное напряжение, В
Uст – номинальное напряжение стабилизации, В
Iст – номинальный ток стабилизации, А
Номинальный – это значит нормальный параметр, при котором возможна долгосрочная работа радиоэлемента.
Imax – максимальный ток стабилитрона, А
Imin – минимальный ток стабилитрона, А
Iст, Imax, Imin – это сила тока, которая течет через стабилитрон при его работе.
Так как стабилитрон работает именно в обратной полярности, в отличие от диода (стабилитрон подключают катодом к плюсу, а диод катодом к минусу), то и рабочая область будет именно та, что отмечена красным прямоугольником.
Заключение
Раньше, во времена дефицитных деталей и начала расцвета электроники, стабилитрон часто использовался, как ни странно, для стабилизации выходного напряжения блока питания. В старых советских книгах по электронике можно увидеть вот такой участок цепи различных источников питания:
Слева, в красной рамке, я пометил знакомый вам участок цепи блока питания. Здесь мы получаем постоянное напряжение из переменного. Справа же, в зеленой рамке, схема стабилизации ;-).
В настоящее время трехвыводные (интегральные) стабилизаторы напряжения вытесняют стабилизаторы на стабилитронах, так как они в разы лучше стабилизируют напряжение и обладают хорошей мощностью рассеивания. 
Можете посмотреть видео на тему “КАК РАБОТАЕТ СТАБИЛИТРОН (ДИОД ЗЕНЕРА)”, рекомендую.
Основные способы проверки исправности стабилитрона
Несколько работающих способов, как проверить стабилитрон на исправность. Технология проверки стабилитрона мультиметром, транзистор-тестером и другими приборами.
Полупроводниковый прибор, называемый стабилитроном, является основным элементом стабилизированного блока питания. Он обеспечивает постоянный уровень напряжения. Однако, во время работы, по тем или иным причинам он может выходить из строя. Специалисту, выполняющему ремонтные работы необходимо знать, как проверить стабилитрон на исправность, или как его еще называют —диод Зенера.
Общие сведения о принципе работы
Если вы не знаете как работает стабилитрон, то прежде чем прочитать текущую статью, прочтите опубликованную ранее — https://samelectrik.ru/kak-rabotaet-stabilitron-i-dlya-chego-on-nuzhen.html.
При достижении определенного напряжения, происходит лавинообразный пробой pn-перехода. Сопротивление перехода уменьшается. В результате напряжение на диоде остается постоянным. А ток, протекающий через полупроводник, увеличивается.
Принцип работы можно проиллюстрировать бочкой с водой, где имеется переливная трубка. Сколько бы мы воды ни наливали в бочку, уровень останется на постоянном уровне.
На нижеприведенном рисунке представлена схема работы на примере бочки с водой.
На рисунке выше представлена вольт-амперная характеристика, обозначение на схеме и его включение.
Проверка мультиметром
Неисправный стабилитрон влияет на напряжение стабилизации источника питания, что сказывается на работоспособности аппаратуры. Поэтому специалисту важно знать, как проверить стабилитрон мультиметром на исправность.
Проверка производится аналогично диоду. Если включить мультиметр в режим измерения сопротивления, то при подключении к стабилитрону в прямом направлении (красный щуп к аноду) прибор покажет минимальное сопротивление, а в обратном — бесконечность. Это говорит об исправности полупроводника.
На рисунке снизу представлена методика проверки мультиметром.
Аналогичным образом можно проверить стабилитрон, не выпаивая из схемы. Но в этом случае прибор будет всегда показывать сопротивление параллельно подключенных ему элементов, что в некоторых случаях сделает проверку таким образом невозможной.
Однако такая проверка китайским тестером не является полноценной, потому что проверка производится только на пробой, или на обрыв перехода. Для полной проверки необходимо собирать небольшую схему. Пример такой схемы для проверки напряжения стабилитрона вы можете увидеть в видео ниже.
Проверка транзистор-тестером
Проверить на работоспособность полупроводниковых элементов можно с помощью универсального тестера радиокомпонентов. Часто его называют транзистор-тестером.
Это универсальный измерительный прибор с цифровым индикатором. С помощью транзистор-тестера можно проверить различные радиодетали. К ним относятся резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности. А также и полупроводниковые приборы, транзисторы, тиристоры, диоды, стабилитроны, супрессоры и т.п.
Для проверки работоспособности, зажмите детальку в ZIF-панельке (специальном разъёме с рычагом для зажимания элементов), после чего на дисплее высвечивается схемное обозначение элемента. Однако рассматриваемые в этой статье элементы проверяются как обычные диоды. Поэтому не стоит рассчитывать, что транзистор тестер определит, на какое напряжение стабилитрон. Для этого все равно нужно будет собрать схему типа той, что показана выше или такую как рассмотрим далее.
Рекомендуем посмотреть видео о том, что такое универсальный транзистор-тестер и как им проверять радиоэлектронные компоненты.
Тестер, также как и мультиметр, проверяет целостность р-n перехода и корректно определяет напряжением стабилизации стабилитронов до 4,5 вольт.
При ремонте аппаратуры, рекомендуется элемент стабилизации менять на новый. Не зависимо от наличия исправного p-n перехода. Т.к. высока вероятность, что у диода изменилось напряжение стабилизации или оно может произвольно меняться в процессе работы аппаратуры.
Схема для проверки
Рассмотрим еще одну простейшую схему для определения напряжения стабилизации, которая состоит из:
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:
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).
Примеры из практики
Иногда стабилитроны проверяют на осциллографе, но для этого необходимо собрать специальную схему.
На рисунке снизу представлена схема приставки и ее подключение к осциллографу.
Однако проверка осциллографом должна производиться специалистом, который хорошо умеет им пользоваться.
Стабилитроны часто применяются как ограничивающие или предохранительные приборы. Например, в качестве защиты от перенапряжения на жестком диске, а, вернее, на его входе питания стоят стабилитроны или супрессоры на 6 и 14 вольт. Превышение напряжения приводит к их пробою или выгоранию. Для проверки просто выпаивают эти элементы, и проверяют жесткий диск без них. Если все включается, дело в стабилитронах. Их меняют на новые.
Еще один пример из практики ремонта скутеров, а именно после некорректной установки сигнализации (и не только) иногда выходит из строя стабилитрон, смонтированный в замке зажигания на «Хонда дио 34». Он понижает напряжение бортовой сети с 12 В до 10, после чего скутер можно завести. Если элемент вышел из строя — мопед не заведется. Полупроводник можно заменить аналогичным с напряжением на 3,9. Аналогичная ситуация и на других моделях скутеров от «хонды»: AF35, AF51 и т.д.
Вот мы и рассмотрели основные способы проверки стабилитронов, делитесь случаями из своей практики в комментариях и задавайте вопросы!
Как проверить стабилитрон мультиметром
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.
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.
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).
Классификация этих двухполюсников по функциональному назначению выглядит следующим образом:
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.
Порядок проверки
Проверку производят обычным тестером, переключив прибор в диапазон для измерений диодов или сопротивления.
Поэлементное описание проверки имеет вид:
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
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
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.
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:
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:
Для измерения все вместе соединяется в схему:
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:
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 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.
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.