Как проверить напряжение стабилизации стабилитрона

Представленный здесь прибор — это стабилитронометр для тестирования значения напряжения неизвестного стабилитрона. Стабилитрон — это радиоэлектронный компонент, который поддерживает постоянное напряжение на его контактах, причём напряжение источника Vs должно быть больше, чем собственное напряжение стабилитрона Vz, а ток ограничивается с помощью сопротивления Rs, чтоб его текущее значение всегда было меньше, чем его максимальная мощность.

Схема простейшего метода проверки напряжения стабилитрона

Радиолюбители и все те, кто хорошо дружит с электроникой знают, что задача нахождения стабилитрона с нужными характеристиками (рабочим напряжением) скучная и кропотливая. Случается, что нужно перебрать очень много разных экземпляров, пока не найдётся нужное значение Vz. Проверка состояния стабилитрона обычно делается с помощью обычной шкалы мультиметра для измерения диодов, этот тест дает нам точное представление о состоянии компонента, но не дает нам определить значение Vz. В общем тестер стабилитронов это действительно удобный прибор, когда мы хотим быстро выяснить значение напряжения Vz.

Параметры прибора

• Питание 220 В.
• Цифровая индикация Vz
• Меряет стабилитроны на напряжения от 1 В до 50 В
• Два токовых режима — 5 мА и 15 мА

Схема устройства для проверки стабилитронов

Как видно, схема проста. Напряжение с трансформатора с двумя вторичными обмотками 24V, выпрямляется и фильтруется для получения постоянного напряжения около 80 В, затем поступает на стабилизатор напряжения, образованный элементами (R1, R2, D1, D2 и Q1), который снижает напряжение до 52V, чтобы избежать превышения максимального предела рабочего напряжения микросхемы LM317AHV.

Обратите внимание на буквенный индекс микросхемы. У LM317AHV входное напряжение, в отличии от LM317T, может достигнуть максимума 57V.

На LM317AHV собран генератор постоянного тока, куда добавлен выключатель (S2) совместно с резистором (R4), чтобы выбрать два тестовых режима (5 мА и 15 мА) в качестве источника тока для испытуемого стабилитрона.

Этот тестер легко собрать из стандартных компонентов. Готовый импульсный блок питания от какого-нибудь DVD или тюнера спутниковой системы, а вольтметр либо в виде промышленного модуля на микроконтроллере, либо взять мультиметр D-830 .

Для многих радиолюбительских самоделок необходимы стабилизированные источники питания. Основным их элементом является стабилитрон, который способен обеспечить постоянное выходное напряжение. Проверить работоспособность и функционирование этого радиоэлемента можно несколькими способами.

Полностью его проверить и со 100% уверенностью сказать, что этот стабилитрон исправный цифровым мультиметром нельзя. Его конечно можно проверить также как диод, но можно ошибочно посчитать рабочий стабилитрон испорченным. Это разве возможно?.

Проведем небольшой практический эксперимент, возьмем любой стабилитрон с маленьким напряжением стабилизации, например 2,4 вольт. И подсоединим к цифровому мультиметру, а он в обоих направлениях звонится. А весь фокус в том, что на щупах цифрового мультиметра присутствует около 5 вольт, и поэтому в обратном направление его просто пробивает. Поэтому не стоит проверять стабилитроны с низким напряжением стабилизации цифровыми мультиметрами, лучше используйте старый аналоговый тестер, а если его нет можно собрать небольшую схему ниже.

Основным узлом схемы является преобразователь преобразующий 9 вольт в 45 выполненный на микросхеме МС34063. Эта микросхема специально применяется в повышающих, понижающих и инвертирующих преобразователях с минимумом элементов. Напряжение на выходе МС34063, получаемое повышающим преобразователем, задается резисторами R2 и R4. Резистор R5 ограничивает выходной ток до трех миллиампер, чтобы не повредить тестируемый стабилитрон. Вольтметр предназначен для измерения напряжения стабилизации.

Вся схема монтируется на печатной плате. Для подключения к мультиметру приспособил вилку от старого зарядного устройства. Запитал схему от батарейки типа "Крона", которую разместил в боксе и закрепил на плате. Индуктивность намотал на пластмассовой катушке с размерами: внешний диаметр — 15мм, внутренний — 5мм, расстояние между щёчками — 15мм. Провод использовал ПЭЛ, ПЭВ диаметром 0,2мм, наматываем до заполнения.

Предлагаемая приставка к мультиметру позволит проверить главный параметр любого стабилитрона — напряжение стабилизации. Основа схемы блок преобразователя напряжения от калькулятора "Электроника МК-24", который вы врятли захотите использовать по прямому назначению. Блок имеет три вывода: "+", "-" и "VBbo", на корпусе надпись КФ-29. Если на его вход подать 1,5 В на выводе будет напряжение около 15 В. Резистор R1 вместе с тестируемым стабилитроном составляют параметрический стабилизатор напряжения.

К разъемам XS1 и XS2 подключают цифровой мультиметр например М-830 в режиме измерения напряжения. Пока стабилитрон не подключен, мультиметр показывает выходное напряжение преобразователя. Как только подключим испытуемый стабилитрон мультиметр покажет напряжение стабилизации. В случае если вы его подключите как диод, то вы увидете на дисплее 0,7 В. Если при обоих подключениях показывает почти ноль, то стабилитрон пробит. Учтите что стабилитроны с напряжением стабилизации выше 15 вольт проверить не получится.

Если блок-преобразователь от калькулятора найти не получится, можете использовать вот эту схему:

Основа схемы транзистор VT1 и трансформатор Т1 на которых собран блокинг-генератор. Импульсы с выхода транзистора VT1 выпрямляются диодом VD1, через резистор R1 поступают на разъемы XS1 и XS2. .

Трансформатора Т1 собран на ферритовом кольце К10*6хЗ мм магнитной проницаемостью 1000-2000. Первичная обмотка состоит из 20 витков, а вторичная — 10 витков провода ПЭВ-2 0,31

Диод 1N5817 можно заменить на 1N5818, 1N5819.

Схема устройства достаточно проста. Напряжение, поступающее со вторичных обмоток трансформатора на 24 вольта , выпрямляется и на выходе фильтра получается постоянное напряжение 80В, которое подается на стабилизатор напряжения, собранный на элементах (R1, R2, D1, D2 и Q1),с его выхода получается постоянное напряжение 52 Вольта, чтобы не превысить максимум порогового напряжения на микросхеме LM317AHV.

На микросхеме LM317AHV построен генератор постоянного тока, куда введен переключатель S2 с резистором R4, для выработки двух тестовых режимов (5мА и 15мА) в качестве источников тока для тестируемого стабилитрона.

Схему этого устройства для проверки стабилитрона легко повторить используя стандартные и дешевые радиоэлементы. Готовый импульсный блок питания можно позаимствовать из ненужного DVD , а качестве вольтметра можно применить один из дешевых китайских мультиметров, например D-830.

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.

Меняем щупы местами и видим единичку. Это значит, что наш стабилитрон в полной боевой готовности.

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.

Как мы видим, при каком-то напряжении Uобр у нас график начинает падать вниз. В это время в стабилитроне происходит такая интересная штука, как пробой. Короче говоря, он не может больше наращивать на себе напряжение, и в это время начинается возрастать сила тока в стабилитроне. Самое главное – не переборщить силу тока, больше чем Imax , иначе стабилитрону придет кердык. Самым лучшим рабочим режимом стабилитрона считается режим, при котором сила тока через стабилитрон находится где-то в середине между максимальным и минимальным его значением. На графике это и будет рабочей точкой рабочего режима стабилитрона (пометил красным кружком).

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.

На Али можно взять сразу целый набор стабилитронов, начиная от 3,3 Вольт и до 30 Вольт. Выбирайте на ваш вкус и цвет.