цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы
Разница между диодом и стабилитроном: просто о сложном
Диоды представляют собой полупроводниковые компоненты, которые ведут себя как односторонние вентили. Они в основном позволяют протекать току в одном направлении. Стандартные диоды будут разрушаться, если будут вынуждены проводить ток в неправильном направлении, но стабилитроны оптимизированы для работы при размещении в цепи «задом на перед».
Диоды создаются на основе полупроводников, таких как кремний и германий. Полупроводники смешиваются с другими элементами, такими как бор и фосфор, в процессе, называемом допированием. Стабилитроны изготавливаются из кремния, который более легирован, чем обычные диоды.
Обычные диоды и стабилитроны имеют насечку (полоску или какую-либо отметину) на корпусе. Диод называется смещенным вперед, когда поток тока протекает от немаркированной стороны к помеченной стороне. В противном случае он смещен в обратном направлении.
Стабилитроны устанавливаются в цепи в обратном смещенном положении параллельно нагрузке. Токоограничивающий резистор обычно включается для обеспечения того, чтобы характеристики мощности и максимального тока не превышались.
Диоды используются в качестве выпрямителей, преобразуя переменный ток в постоянный, удаляя часть сигнала. Некоторые из их других многочисленных функций диодов представляют собой электрическую коммутацию и удвоители напряжения.
Стабилитроны могут выполнять функции обычных диодов, но чаще всего используются в качестве регуляторов напряжения для низковольтных цепей, поскольку они могут поддерживать стабильные напряжения при различных нагрузках. Они могут защитить цепи от колебаний напряжения и, следовательно, устанавливаются в таких устройствах, как источники питания и защитные устройства.
В данной статье мы подробно поговорим про диод Зенера или стабилитрон. Рассмотрим принцип работы и его характеристики, диодный стабилитрон, напряжение стабилитрона, и схему последовательно соединенных стабилитронов.
Принцип работы
Полупроводниковый диод блокирует ток в обратном направлении, но будет страдать от преждевременного пробоя или повреждения, если обратное напряжение, приложенное к нему, станет слишком высоким.
Тем не менее, стабилитрон или «пробойный диод», как их иногда называют, в основном совпадают со стандартным PN-переходным диодом, но они специально разработаны для того, чтобы иметь низкое и заданное обратное напряжение пробоя, которое использует любое подаваемое обратное напряжение к этому.
Стабилитрон ведет себя так же, как обычный общего назначения диод, состоящий из кремния PN — перехода, и, когда смещены в прямом направлении, то есть анод положительный по отношению к его катоду, он ведет себя так же , как обычный диод сигнал, проводящий номинальный ток.
Однако, в отличие от обычного диода, который блокирует любой поток тока через себя при обратном смещении, то есть катод становится более положительным, чем анод, как только обратное напряжение достигает заранее определенного значения, стабилитрон начинает проводить в обратное направление.
Это связано с тем, что когда обратное напряжение, подаваемое на стабилитрон, превышает номинальное напряжение устройства, в полупроводниковом обедненном слое происходит процесс, называемый лавинным пробоем, и через диод начинает течь ток, чтобы ограничить это увеличение напряжения.
Ток, текущий в настоящее время через стабилитрон, резко возрастает до максимального значения схемы (которое обычно ограничивается последовательным резистором), и после достижения этого ток обратного насыщения остается довольно постоянным в широком диапазоне обратных напряжений. Точка напряжения, в которой напряжение на стабилитроне становится стабильным, называется «напряжением стабилитрона» ( Vz ), а для стабилитронов это напряжение может составлять от менее одного вольт до нескольких сотен вольт.
Точка, в которой напряжение стабилитрона запускает ток, протекающий через диод, может очень точно контролироваться (с допустимым отклонением менее 1%) на стадии легирования полупроводниковой конструкции диодов, давая диоду определенное напряжение пробоя стабилитрона Vz например, 4,3 В или 7,5 В. Это напряжение пробоя стабилитрона на кривой IV представляет собой почти вертикальную прямую линию.
Характеристики стабилитрона I-V
Стабилитрон используется в его «обратном смещении» или обратном режиме пробоя, т.е. анод диода подключается к отрицательному питанию. Из приведенной выше кривой характеристик I-V видно, что стабилитрон имеет область обратного смещения почти постоянного отрицательного напряжения независимо от величины тока, протекающего через диод, и остается почти постоянной даже при больших изменениях тока, пока ток стабилитронов остается между током пробоя I Z (мин) и максимальным номинальным током I Z (макс.) .
Эта способность к самоконтролю может быть в значительной степени использована для регулирования или стабилизации источника напряжения от изменений напряжения или нагрузки. Тот факт, что напряжение на диоде в области пробоя практически постоянное, оказывается важной характеристикой стабилитрона, так как его можно использовать в простейших типах устройств с регулятором напряжения.
Функция регулятора состоит в том, чтобы обеспечивать постоянное выходное напряжение для нагрузки, подключенной параллельно с ним, несмотря на пульсацию в напряжении питания или изменение тока нагрузки, стабилитрон продолжит регулировать напряжение до тех пор, пока ток диода не будет падать ниже минимального значения I Z (min) в области обратного пробоя.
Диодный стабилитрон
Стабилитроны могут использоваться для получения стабилизированного выходного напряжения с низкой пульсацией в условиях переменного тока нагрузки. Пропуская небольшой ток через диод от источника напряжения через подходящий резистор ограничения тока R S, стабилитрон будет проводить ток, достаточный для поддержания падения напряжения V out .
Мы помним из предыдущих уроков, что выходное напряжение постоянного тока от полу- или двухполупериодных выпрямителей содержит пульсации, наложенные на напряжение постоянного тока, и что при изменении значения нагрузки изменяется и среднее выходное напряжение. Подключив простую схему стабилитрона, как показано ниже, к выходу выпрямителя, можно получить более стабильное выходное напряжение.
Резистор R S соединен последовательно с стабилитроном для ограничения тока, протекающего через диод с источником напряжения, при этом V S подключается через комбинацию. Стабилизированное выходное напряжение V out берется через стабилитрон. Стабилитрон соединен с его катодной клеммой, подключенной к положительной шине источника постоянного тока, поэтому он имеет обратное смещение и будет работать в своем состоянии пробоя. Резистор R S выбран таким образом, чтобы ограничить максимальный ток, протекающий в цепи.
При отсутствии нагрузки, подключенной к цепи, ток нагрузки будет равен нулю I L = 0 , и весь ток цепи проходит через стабилитрон, который, в свою очередь, рассеивает свою максимальную мощность. Также небольшое значение последовательного резистора RS приведет к большему току диода, когда сопротивление нагрузки R L подключено, и будет большим, так как это увеличит требования к рассеиваемой мощности диода, поэтому следует соблюдать осторожность при выборе подходящего значения серии сопротивление, чтобы максимальная номинальная мощность стабилитрона не превышалась в условиях отсутствия нагрузки или высокого импеданса.
Нагрузка подключается параллельно с стабилитроном, поэтому напряжение на R L всегда совпадает с напряжением на стабилитроне V R = V Z. Существует минимальный ток стабилитрона, для которого эффективна стабилизация напряжения, и ток стабилитрона должен всегда оставаться выше этого значения, работающего под нагрузкой в пределах его области пробоя. Верхний предел тока, конечно, зависит от номинальной мощности устройства. Напряжение питания V S должно быть больше, чем V Z .
Одна небольшая проблема с цепями стабилизатора стабилитрона состоит в том, что диод может иногда генерировать электрический шум в верхней части источника постоянного тока, когда он пытается стабилизировать напряжение. Обычно это не является проблемой для большинства устройств, но может потребоваться добавление развязывающего конденсатора большого значения на выходе стабилитрона, чтобы обеспечить дополнительное сглаживание.
Подведем небольшой итог. Стабилитрон всегда работает в обратном смещенном состоянии. Схема регулятора напряжения может быть разработана с использованием стабилитрона для поддержания постоянного выходного напряжения постоянного тока на нагрузке, несмотря на изменения входного напряжения или изменения тока нагрузки. Стабилизатор напряжения Зенера состоит из токоограничивающего резистора R S, соединенного последовательно с входным напряжением V S, с стабилитроном, подключенным параллельно с нагрузкой R L в этом состоянии с обратным смещением. Стабилизированное выходное напряжение всегда выбирается равным напряжению пробоя V Z диода.
Напряжение стабилитрона
Помимо создания единого стабилизированного выходного напряжения, стабилитроны могут также быть соединены друг с другом последовательно, наряду с обычными диодами сигнала кремния для получения множества различных выходных значений опорного напряжения, как показано ниже.
Стабилитроны, соединенные последовательно
Значения отдельных стабилитронов могут быть выбраны в соответствии с применением, в то время как кремниевый диод всегда будет падать примерно на 0,6 — 0,7 вольт в режиме прямого смещения. Напряжение питания V > IN следует, конечно, выше , чем наибольший выход опорного напряжения , а в нашем примере выше, это 19v.
Типичный стабилитрон для общих электронных схем — 500 мВт серии BZX55 или более крупный 1,3 Вт серии BZX85, в которой напряжение стабилитрона задается, например, как C7V5 для диода 7,5 В, что дает эталонный номер диода BZX55C7V5 .
Стабилитроны серии 500 МВт доступны в диапазоне от 2,4 до 100 Вольт и обычно имеют ту же последовательность значений, что и для серии резисторов 5% (E24), а индивидуальные номинальные напряжения для этих небольших, но очень полезных диодов приведены в таблица ниже.
Стандартные напряжения стабилитрона
Мощность стабилитрона BZX55 500 мВт
| 2.4V | 2.7V | 3.0V | 3.3V | 3.6V | 3.9V | 4.3V | 4.7V |
| 5.1V | 5.6V | 6.2V | 6,8 В | 7.5V | 8.2V | 9.1V | 10V |
| 11V | 12V | 13V | 15V | 16V | 18V | 20V | 22V |
| 24V | 27В | 30V | 33V | 36V | 39V | 43V | 47V |
Мощность стабилитрона BZX85 1,3 Вт
| 3.3V | 3.6V | 3.9V | 4.3V | 4.7V | 5.1V | 5,6 | 6.2V |
| 6,8 В | 7.5V | 8.2V | 9.1V | 10V | 11V | 12V | 13V |
| 15V | 16V | 18V | 20V | 22V | 24V | 27В | 30V |
| 33V | 36V | 39V | 43V | 47V | 51V | 56V | 62V |
Схемы стабилитрона
До сих пор мы рассматривали, как стабилитрон можно использовать для регулирования источника постоянного тока, но что если бы входной сигнал был не постоянный ток, а переменный сигнал переменного тока, как бы стабилитрон реагировал на постоянно меняющийся сигнал?
Цепи диодного ограничения и зажима — это схемы, которые используются для формирования или изменения формы входного сигнала переменного тока (или любой синусоиды), создавая выходной сигнал различной формы в зависимости от схемы расположения. Цепи диодного ограничителя также называют ограничителями, поскольку они ограничивают или отсекают положительную (или отрицательную) часть входного сигнала переменного тока. Поскольку схемы ограничителя Зенера ограничивают или обрезают часть формы волны через них, они в основном используются для защиты схемы или в схемах формирования формы волны.
Например, если бы мы хотели обрезать выходной сигнал при + 7,5 В, мы бы использовали стабилитрон 7,5 В. Если выходной сигнал пытается превысить предел 7,5 В, стабилитрон «обрезает» избыточное напряжение на входе, создавая сигнал с плоским верхом, сохраняя при этом выходную постоянную на уровне + 7,5 В. Обратите внимание, что в состоянии прямого смещения стабилитрон все еще является диодом, и когда выходной сигнал переменного тока становится отрицательным ниже -0,7 В, стабилитрон включается, как и любой нормальный кремниевый диод, и обрезает выход при -0,7 В, как показано ниже.
Прямоугольная волна
Подключенные друг к другу стабилитроны могут быть использованы в качестве регулятора переменного тока, производящего то, что в шутку называют «генератор прямоугольной волны бедняка». Используя эту схему, мы можем обрезать осциллограмму между положительным значением + 8,2 В и отрицательным значением -8,2 В для стабилитрона 7,5 В.
Так, например, если бы мы хотели обрезать выходной сигнал между двумя различными минимальными и максимальными значениями, скажем, + 8 В и -6 В, мы просто использовали бы два стабилитрона с разными номиналами. Обратите внимание, что выход фактически обрезает сигнал переменного тока между + 8,7 В и -6,7 В из-за добавления напряжения прямого диода смещения.
Другими словами, пиковое напряжение составляет 15,4 вольт вместо ожидаемых 14 вольт, поскольку прямое падение напряжения смещения на диоде добавляет еще 0,7 вольт в каждом направлении.
Этот тип конфигурации ограничителя довольно распространен для защиты электронной схемы от перенапряжения. Два стабилитрона, как правило, размещаются на входных клеммах источника питания, и во время нормальной работы один из стабилитронов имеет значение «ВЫКЛ», и эти диоды практически не влияют. Однако, если форма сигнала входного напряжения превышает его предел, тогда стабилитрон включается и включает вход для защиты схемы.
В следующем уроке о диодах мы рассмотрим использование смещенного прямого PN-перехода диода для получения света. Из предыдущих уроков мы знаем, что когда носители заряда движутся через соединение, электроны объединяются с дырками, и энергия теряется в виде тепла, но также часть этой энергии рассеивается в виде фотонов, но мы не можем их видеть.
Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ
Современные цифровые мультиметры позволяют радиолюбителю измерять сопротивление резистора, ёмкость конденсатора, величину индуктивности, частоту сигнала, температуру объекта, а чтобы напряжение стабилизации стабилитрона – мне такие не встречались. А в распоряжении радиолюбителя их, стабилитронов, имеется много и разных. В металлическом, стеклянном, пластмассовом корпусах, иногда с нечитаемыми надписями. Как отличить стабилитрон от диода, особенно в стеклянном корпусе? (Фото1).
Особенно важно знать напряжение стабилизации стабилитрона Uст. Во многих случаях напряжение пробоя кремниевого стабилитрона можно узнать из технической документации или просто определить из его названия. Например, если на корпусе стабилитрона надпись BZX79 5V6, то это означает, что он имеет напряжение стабилизации 5,6 В и принадлежит к семейству BZX. Но с другой стороны, когда наименование стабилитрона неизвестно (стёрлись надписи) или необходимо проверить его работоспособность — как быть? В этом случае необходимо иметь под рукой приставку к мультиметру, которая поможет определить напряжение стабилизации и отличить диод от стабилитрона.
Как работает стабилитрон? Стабилитрон — это такой диод, который в отличие от обычного выпрямительного диода при достижении определённого значения обратно приложенного напряжения (напряжения стабилизации) пропускает ток в обратном направлении, а при его дальнейшем повышении, уменьшая своё внутреннее сопротивление, стремится удержать это напряжение на определённом уровне. Посмотрим на его вольтамперную характеристику (Рис.1б).
На вольтамперной характеристике (ВАХ) стабилитрона режим стабилизации напряжения изображён в отрицательной области приложенного напряжения и тока. По мере увеличения обратного напряжения стабилитрон сначала «сопротивляется» и ток, протекающий через него, минимален. При определённом напряжении ток стабилитрона начинает увеличиваться. Достигается такая точка (точка1 на ВАХ), после которой дальнейшее увеличение напряжения на делителе «резистор-стабилитрон» не вызывает увеличения напряжения на p-n переходе стабилитрона. На этом участке ВАХ происходит увеличение напряжения лишь на резисторе (рис.1а). Ток, проходящий через резистор и стабилитрон, продолжает расти. От точки 1, соответствующей минимальному току ста-билизации, до определённой точки 2 вольтамперной характеристики, соответствующей максимальному току стабилизации, стабилитрон работает в требуемом режиме стабилизации (зелёный участок ВАХ). После точки 2 стабилитрон начинает греться и может выйти из строя. Участок между точками 1 и 2 является рабочим участком стабилизации, на котором стабилитрон выступает в качестве регулятора. Производители ста-билитронов всегда указывают напряжение стабилизации при некотором токе (5. 15мА). В предлагаемой приставке используется такая же величина тока при измерении напряжения стабилизации.
Радиолюбитель, имеющий регулируемый источник питания, может вос-пользоваться простым пробником для определения напряжения стабили-зации. Схема приведена на рис.2. На микросхемном стабилизаторе LM317 выполнен стабилизатор тока. Ток можно установить 5 или 15мА. Если использовать LM317AHV (входное напряжение 52В максимальное), то можно измерять напряжение стабилизации до 48В, а с LM317 — до 35В.
Схема мобильной приставки для измерения напряжения стабилизации приведена на рис.3.
Основа схемы — специализированная микросхема МС34063, которая представляет собой схему управления DC/DC-преобразователем. Данная микросхема специально разработана для применения в повышающих, понижающих и инвертирующих преобразователях с минимальным количеством элементов. Напряжение на выходе, получаемое повышающим преобразователем, определяется двумя резисторами R2 и R4. Расчёт номиналов резисторов можно выполнить с помощью онлайн-калькулятора, размещённого на сайте «Радиоактив».
Для сборки схемы нам потребуются:
Резисторы: R1 — 180 Om; R2 — 56k; R3 — 9,1 Om; R4 — 1k6; R5 — 22 Om.
Конденсаторы: C1 — 330p; C2 — 470mk*16V; C3 — 10mk*100V.
Индуктивность — 1900 мкГ. Диоды Шоттки — 1N5819, 2 шт.
Микросхема — МС34063 в корпусе DIL 8. Установлена на панельку.
Микросхема — LM334Z в корпусе ТО-92 (стабилизатор тока).
Внешний вид собранного устройства можно посмотреть на фото 2, 3.
Всё смонтировано на печатной плате. Для подключения к мультиметру использована вилка от зарядного устройства, соответствующим образом доработанная для этой цели. Источник питания — 3 элемента ААА, соединённые последовательно, итого 4,5В. Элементы питания размещены в боксе, закреплённом на плате. Включение питания осуществляется малогабаритной кнопкой. Индуктивность намотана на пластмассовой катушке размерами: внешний диаметр — 15мм, внутренний — 5мм, расстояние между щёчками — 15мм. Провод ПЭЛ, ПЭВ диаметром 0,2мм, наматываем до заполнения. У меня измеренная величина индуктивности получилась 2000мкГ. Если нет микросхемы LM334Z, то её можно исключить и вместо этого вставить резистор 15к между катодом VD2 и выводом VDC, тогда резистор 22 Ом тоже не нужен.
Когда всё установили на плату, проверили монтаж, можно приступать к проверке работоспособности приставки. Сразу скажу, у меня схема заработала с первого раза. Но обо всём по порядку. Не вставляя микросхему в панельку, проверяем напряжение в гнёздах панельки, естественно, подключив источник питания. На 6 выводе должно быть напряжение питания, на выводах 7,8,1 – чуть меньше. Отключаем питание и, если всё нормально, устанавливаем микросхему на место. Включаем питание и измеряем потребляемый ток без нагрузки. При напряжении 9,4В величина тока составила 10,6 мА, а при 4,9В — 26,5 мА. Теперь можно проверить величину напряжения на выходе приставки. Для этого вставляем вилку с платой в гнёзда мультиметра, вот как на фото 4.
На мультиметре выставляем предел 200В постоянного напряжения, нажимаем кнопку S1 и считываем показания вольтметра. При напряжении источника питания 4,5В величина выходного постоянного напряжения составила 33,8 В. Ток в измерительной цепи — 10мА. При 9В выходное напряжение уменьшилось до 21,8В, т.е. надо пересчитать номиналы резисторов R2 и R4, чтобы увеличить выходное напряжение. С целью увеличения выходного напряжения резистор R2 был заменён переменным, чтобы увидеть как будет изменяться напряжение при его регулировке. При сопротивлении 120к напряжение возросло до 44В (Uпит.-4,5В), и до 34В при 9В Uпит. При регулировке резистором R4 наблюдалось только изменение напряжения от 40 до 44В. В итоге с помощью этой приставки мы можем измерять напряжение стабилизации стабилитронов до 40В.
Переходим к выполнению измерений:
— подсоединяем приставку к мультиметру, выбираем предел измерения 200В (постоянное);
— проверяем наличие напряжения на выходе приставки, нажав кратковремен-но кнопку S1;
— подключаем стабилитрон к зажимам, как на фото 5, нажимаем S1 и считы-ваем показания;
— при подключении несимметричного стабилитрона анодом к «+», а катодом «-» мультиметр покажет минимальное напряжение (0,3…0,6В). При изменении полярности подключения- катодом к «+», а анодом к «-», мультиметр покажет напряжение стабилизации, если оно ниже 44В. В нашем случае соответственно 0,7В и 14,6В. Напряжение стабилизации проверенного стабилитрона 14,6В (фото 6);
Естественно, захотелось убедиться, а точно ли измеряет приставка. Этот же стабилитрон был проверен в радиомастерской на промышленном испытателе Л2-54. Оказалось, что показания прибора и приставки почти совпадают (0,5В и 14,7В на приборе). Вполне удовлетворительно для самодельного устройства.
— при подключении симметричного стабилитрона (КС162А) напряжение стабилизации составило 6,2В при любой полярности;
— подключение динистора DB3 при любой полярности показало напряжение пробоя 29,5В;
— диод при одной полярности показал минимальное напряжение, при обратной — выходное напряжение приставки – 44В;
— транзистор в роли стабилитрона выдал такие результаты: КТ315Б,Е — 7,3В; S9014 — 9В.
Перед тем, как устанавливать радиоэлемент в приставку для проведения измерений, проверьте его на отсутствие обрыва или короткого замыкания внутри корпуса, чтобы избежать лишних вопросов.
Высоковольтные стабилитроны этим устройством не проверить, требует-ся более высокое напряжение. Со временем рассмотрим и такое устройство.
Если приставку оформить в подходящий корпус, то её можно брать с собой на радиорынок, чтобы оградить себя от недобросовестных продавцов, покупая стабилитроны.
Определение пригодности радиодеталей – основная процедура, проводимая при ремонте или обслуживании радиоэлектронной аппаратуры. И если с пассивными элементами все более или менее понятно, то активные требуют специальных подходов. Проверить сопротивление резистора или целостность катушки индуктивности не составляет труда.
С активными компонентами дело обстоит немного сложнее. Необходимо отдельно разобраться в том, как проверить диод мультиметром своими руками, учитывая, что это простейший и наиболее часто встречающийся полупроводниковый элемент электронных схем.
Виды диодов и их предназначение
Вкратце можно сказать, что диод представляет собой полупроводниковый компонент электронной схемы, предназначенный для однонаправленного пропускания тока. Другими словами, прибор пропускает ток в одном направлении, запирая его течение в обратном, образуя своеобразный электрический вентиль.
На принципиальных схемах диод обозначается в виде стрелки-указателя, на конце которой изображена черта, означающая запирание. Стрелка указывает направление течения тока. Нужно помнить, что в теоретической физике ток образуют позитивно заряженные частицы. Поэтому для открытия p-n перехода положительный потенциал прикладывают к началу стрелки, а отрицательный к ее концу. При таких условиях через прибор потечет прямой ток.
Рассмотрим наиболее распространенные типы диодов, учитывая, что интерес в плане проверки представляют лишь некоторые, а именно:
- обычные диоды, созданные на основе p-n перехода;
- с барьером Шоттки, чаще называемые просто диоды Шоттки;
- стабилитрон, служащий для стабилизации потенциала и другие виды.
Существует еще множество типов диодов – варикапы, светодиоды или фотодиоды, например. Но ввиду сходности проверки работоспособности или малой распространенности эти устройства здесь не рассматриваются.
Определение типа элемента
Хорошо если размер корпуса позволяет нанести на нем хоть сколько-нибудь понятную маркировку. Но чаще всего диоды настолько малы, что их трудно маркировать даже цветом. В этом случае отличить диод от стабилитрона, например, не представляется возможным, ведь они как близнецы-братья.
В подобных ситуациях поможет лишь принципиальная схема аппарата, из которого извлечен элемент. В соответствии с ней можно определить тип компонента и его марку. Если же отсутствует эта информация, можно попробовать поискать принципиальную схему ремонтируемого аппарата в интернете или сделать фотоснимок элемента и также обратиться в Сеть и провести поиск по изображению.
Проверка диодов мультиметром или другим тестером должна проводиться только после определения их типа и марки, потому что разные виды тестируются по-разному.
Применение тестера
Простейшим, но от этого ничуть не менее эффективным, прибором для тестирования элементов электронных схем, полупроводниковых диодов, в том числе, является тестер радиодеталей. Более того, этот инструмент наиболее распространен в среде радиомастеров по причине неприхотливости, малых массогабаритных параметров и возможности измерения практически любых характеристик радиоэлементов и цепей, важных при ремонте.
Считается, что цифровые мультиметры, благодаря своей точности и удобству в эксплуатации, постепенно вытесняют аналоговые. Однако не стоит грешить на точность старенькой «цешки». В ее состав уже входят микросхемы, а мостовые резисторы имеют погрешность 1-2% (это очень высокая точность даже для интегральных микросхем). Поэтому, чтобы проверить исправность диода или транзистора нет необходимости покупать новый мультиметр, при наличии аналогового.
Цифровая индикация прижилась из-за отсутствия механических узлов в мультиметре. Это повысило его удароустойчивость и срок эксплуатации.
Проверка диодов упростилась и с появлением звукового сигнала, позволяющего даже не обращать внимания на дисплей. В большинстве мультиметров существует специальный режим, позволяющий в прямом и переносном смысле прозвонить диод. Он отмечен на корпусе соответствующим знаком.
Достаточно вставить черный штекер в разъем COM, а красный в разъем измерения сопротивления (Ω), установить переключатель на режиме прозвонки диодов, и можно начинать проверку.
Методика проверки
Проверка диодов мультиметром заключается в выяснении работоспособности их p-n перехода. Вообще, в радиоэлектронике бывают лишь две неисправности. Первая представляет собой разрыв цепи (перегорание), когда ток не течет ни в одном из направлений. Вторая же вызвана коротким замыканием (пробой) электродов, что превращает компонент в кусок обычного провода.
Методика тестирования предельно проста. При соединении анода с плюсовым щупом мультиметра, а катода с минусовым, p-n переход должен быть открыт, следовательно, его сопротивление близко к нулю. Цифровые измерители должны подать характерный сигнал. При обратном подключении p-n переход обязан быть заперт, о чем должно свидетельствовать бесконечное (в теории) его сопротивление. На дисплее цифрового тестера индицируется цифра 1. Так звонится рабочий диод. Если же ток проходит, вне зависимости от полярности подключения, налицо короткое замыкание. В случае когда прибор не звонится ни в ту ни в другую сторону имеет место разрыв.
Нередко можно услышать вопрос о том, как проверить диод Шоттки. Действительно, эти компоненты принципиально отличаются от прочих. Дело в том, что p-n переход даже в открытом состоянии имеет сопротивление, хотя и небольшое. Это, в свою очередь, вызывает потери энергии, рассеиваемые в виде тепла. Для сокращения последних один из полупроводниковых электродов диода был заменен металлом. И хотя ток потерь в этом случае немного увеличивается, но в открытом состоянии сопротивление перехода очень низко, что обуславливает экономичность прибора. В остальном проверка диода Шоттки с использованием мультиметра ничем не отличается от тестирования обычного p-n перехода.
Стабилитроны
Особняком стоит вопрос о проверке стабилитронов. Проверять их по описанной выше методике нет смысла, разве что можно убедиться в целостности p-n перехода. В отличие от обычного выпрямительного диода, стабилитрон использует обратную ветвь вольтамперной характеристики (ВАХ). Поэтому для исследования стабилизирующих свойств рабочую точку нужно сместить именно на этот участок графика.
Для этого используется простенькая схема из источника питания и токоограничительного резистора. В этом случае мультиметром измеряется не сопротивление перехода, а напряжение, при плавном повышении питающего потенциала. Стабилитрон считается рабочим, если при повышении напряжения питания разница потенциалов на его электродах остается постоянной и равной заявленной в документации на прибор.
Без выпаивания
Отдельно нужно рассмотреть вопрос о том, можно ли проводить тестирование мультиметром непосредственно на плате, не выпаивая из нее элемент.
Здесь все зависит от сложности схемы и квалификации мастера. Смонтированное на плате изделие может звониться через обмотки трансформатора, резистивные элементы, сгоревший конденсатор или что-то еще. Поэтому получить более или менее адекватные показатели чаще всего не удается.
Разумеется, если мастер читает принципиальную схему как открытую книгу или «набил руку» на подобных аппаратах, он может оценить работоспособность прибора. Существуют даже методики проверок без демонтажа для автомобильного питания, например.
Но лучше все же выпаивать элемент из схемы. К тому же достаточно «повесить в воздух» только одну ножку изделия, что занимает 2-3 секунды. А после тестирования мультиметром за тот же промежуток времени диод возвращается в первоначальное положение на плате.
Предлагаемая схема служит для простого определения номинала напряжения стабилизации стабилитрона с помощью вольтметра, а также для определения его исправности.
Сейчас промышленностью выпускается невероятное количество различных электронных компонентов и зачастую при сборке радиоэлектронного изделия возникает множество затруднений по определению номинала компонента. Особенно в этом плане «отличилась» отечественная промышленность — в частности стабилитроны в стеклянном корпусе имеют, порой, очень похожую маркировку, отличить которую не представляется возможным. Хороший пример это стабилитроны КС211 и КС175 — иногда встречаются варианты маркировки, в которых оба выглядят как маленький выводной стеклянный диод с чёрной полосой. Их также можно спутать, например, со стабилитроном Д814. Так или иначе, запоминать цветовую маркировку стабилитронов не самая лучшая идея, учитывая насколько просто их можно проверить.
Для определения напряжения стабилизации понадобится простая схема:
Обычно диапазон рабочего тока маломощных стабилитронов лежит в пределах 1-10 мА, поэтому сопротивление резистора выбрано 2.2 кОм. Это оптимально для проверки маломощных стабилитронов. Для проверки мощных стабилитронов сопротивление возможно придётся уменьшить — для этого в схеме предусмотрена перемычка. Для проверки маломощных стабилитронов перемычку нужно ставить в верхнее положение, для проверки мощных — в нижнее.
Оптимальное напряжение питания — 25В.
Если стабилитрон подсоединён правильно — анодом к X1, катодом к X2, то вольтметр покажет его напряжение стабилизации, а если неправильно — какое-то очень малое напряжение около нуля. Если при одном подключении мультиметр показывает минимум напряжения, а при другом — максимальное, равное напряжению источника питания, значит испытуемый радиоэлемент либо простой диод, либо стабилитрон с напряжением стабилизации выше напряжения источника питания. Если вы уверены что это стабилитрон — нужно увеличить напряжение источника до предполагаемой величины и проверить ещё раз.
Если вольтметр показывает минимальное напряжение, либо напряжение питания при любом подключении — значит данный стабилитрон или диод неисправен.
Если напряжение стабилизации показывается при любом подключении — значит это двусторонний стабилитрон.
Аналогичным способом можно проверять исправность диодов и светодиодов, только полярность будет противоположная. Способ хорош тем, что позволяет узнать падение напряжения, что бывает очень важно. Проверяя светодиоды необходимо помнить, что некоторые светодиоды очень чувствительны к завышенному обратному напряжению, поэтому напряжение источника при их проверке желательно выставлять не выше 9В.
