Аналог мощного стабилитрона как тестовая нагрузка для проверки зарядных устройств автомобильных аккумуляторов

Стабилитрон. Принцип работы, вольт-амперная характеристика.

После изучения диодов, их принципа работы и устройства самым логичным шагом будет рассмотреть и еще один полезнейший элемент многих электрических схем – стабилитрон! Также его называют диодом Зенера, в честь физика Кларенса Зенера, которому и принадлежит гордое звание изобретателя стабилитрона. В 1930-х годах Зенер изучал явления электрического пробоя в диэлектриках, результаты его исследований и легли в основу работы диодов Зенера.

Стабилитрон – это диод, который предназначен для работы на обратной ветви вольт-амперной характеристики, в режиме пробоя. Как вы помните, рабочая область обычного диода находится наоборот на прямой ветви. Я уже упомянул термин “пробой”, так что давайте разберемся подробнее с этим явлением…

Итак, различают три типа или механизма пробоя:

• туннельный
• лавинный
• тепловой

Именно первый тип пробоя и открыл К. Зенер в своих работах. Туннельный пробой связан, в свою очередь, с туннельным эффектом, то есть явлением проникновения электронов через узкий потенциальный барьер на границе p-n перехода. Это приводит к тому, что электроны начинают проходить из p-области в область n-типа, что, в свою очередь, вызывает резкое возрастание обратного тока через p-n переход.

Лавинный пробой связан с тем, что движущиеся в сильном электрическом поле частицы могут приобретать кинетическую энергию, величины которой достаточно для ударной ионизации молекул или атомов материала. То есть электрон или дырка, разогнавшись, сталкиваются с атомом вещества, в результате чего образуется пара противоположно заряженных частиц. Все это становится возможным, если кинетическая энергия этих частиц до столкновения имела достаточную величину. Так вот, в итоге, образовавшиеся частицы (либо одна из них) также начинают разгоняться под действием сильного поля и также врезаются в атом материала

Устройство маломощного стабилитрона

с гибкими выводами в пластиковом (вверху) и стеклянном (внизу) корпусах

Рис Устройство маломощного стабилитрона с гибкими выводами в пластиковом корпусе

Рис. Устройство маломощного стабилитрона с гибкими выводами в стеклянном корпусе

У низковольтных стабилитронов (с низким сопротивлением базы) более вероятен туннельный пробой. У стабилитронов с высокоомной базой пробой носит лавинный характер. Для обеспечения электрического пробоя при относительно небольших обратных напряжениях напряженность электрического поля в p-n-переходе должна быть значительно выше, чем у обычных диодов, поэтому при изготовлении стабилитронов используют материалы с высокой концентрацией примесей.

Схемы с использованием TL431

Микросхема может использоваться во многих разных схемах блоков питания. Это могут быть как регулируемые блоки питания, так и зарядные устройства к аккумуляторам. Давайте разберем несколько базовых, типовых схем, которые можно модернизировать, и на базе которых можно создавать свои замыслы и творения.

Стабилизатор напряжения на TL431 (2.5-36В, 100mA)

Данная схема позволяет заменить обыкновенный стабилитрон. Вы можете менять выходное напряжение путем изменения сопротивления резисторов R1 и R2. Чтобы провести расчет сопротивления, рекомендуем прибегнуть к использованию формулы, указанной ниже:

Стабилизатор напряжения с увеличенным максимальным током (2.5-36В)

Максимальный выходной ток TL431 равен 100мА. Однако, если вашему проекту нужен больший показатель выходного тока, то советуем вам использовать транзистор: тогда максимальный ток будет зависеть от его характеристик. Формула для расчета сопротивлений резисторов остается такой же.

Подобные схемы часто используются с другими микросхемами.К сожалению, большинство из них просто не могут пропускать высокий ток, поэтому, чтобы решить такую проблему, в дело вступает управляющий транзистор. В таком случае максимальный ток ограничивается его свойствами. Главная задача здесь — правильный подбор транзистора под управляющее напряжение на его базе.

Лабораторный блок питания на TL431 с защитой

Данная схема представляет собой регулируемый блок питания, который способен выдавать до 30Вт. И помимо этого имеет встроенную защиту от перегрузки. В случае, если ток начнет превышать допустимое значение на транзисторе Т2, то на ЛБП произойдет прекращение подачи напряжения, о чем будет сигнализировать загоревшийся светодиод.

Не стоит забывать использовать охлаждение в виде радиатора, ведь компоненты во время пиковых нагрузок будут быстро нагреваться, и со временем при частых перегревах, выходить из строя.

Стабилизатор тока на TL431 (Светодиодный драйвер)

Чаще всего стабилизаторы тока используются для запитывания светодиодов и светодиодных лент. Схема тут элементарная — вам понадобятся всего лишь пара резисторов и один транзистор.

Индикатор напряжения

Схема может понадобиться, когда вам необходимо следить за тем, чтобы напряжение не выходило за верхние и нижние пределы. Эти пределы задаются сопротивлением резисторов, по формуле, указанной ниже.

Данную схему можно модернизировать путем добавления пищалок или других звуковых устройств. Таким образом точно не получится пропустить сигнал о неправильном напряжении.

Таймер задержки на TL431

Универсальная микросхема, на которой есть возможность реализовать даже схему таймера задержки. Все, что вам понадобится — это пара резисторов и конденсатор. Их номиналы необходимо рассчитать по формуле, чтобы получить требуемое время задержки (формула указана ниже).

Такая схема возможна благодаря очень низкому показателю входного тока (4мкА). Во время замыкания главного контакта, транзистор начинает производить зарядку. После достижения показателя в 2.5В он открывается, и ток при содействии оптопаровому светодиоду (оптрону) начинает течь, от чего на внешней цепи происходит замыкание.

Зарядное устройство для литиевых аккумуляторах на TL431 и LM317

Эта простейшая схема позволяет правильно заряжать литиевые аккумуляторы. В этой зарядке TL431 используется в качестве источника опорного напряжения, а LM317 в качестве источника тока. Устройство заряжает аккумуляторы методом CC CV, означает, как все знают, постоянный ток (Constant Current), постоянное напряжение (Constant Voltage).

Входное напряжение для этой схемы — 9-20В. Сначала аккумулятор заряжается постоянным током, который поддается изменению, меняя сопротивление резистора R5. После того, как аккумулятор достигнет напряжения около 4.2В, он начинает заряжаться постоянным напряжением.

Учтите, что очень важно перед использованием настроить устройство: без нагрузки необходимо подстроить переменный резистор RV1 так, чтобы на выходе напряжение было равно 4.2 Вольта.

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.

Читать также: Как правильно выбрать автоматический выключатель

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.

Стабилизированный регулируемый блок питания с защитой от перегрузок

Множество радиолюбительских блоков питания (БП) выполнено на микросхемах КР142ЕН12, КР142ЕН22А, КР142ЕН24 и т.п. Нижний предел регулировки этих микросхем составляет 1,2…1,3 В, но иногда необходимо напряжение 0,5…1 В. Автор предлагает несколько технических решений БП на базе данных микросхем.

Интегральная микросхема (ИМС) КР142ЕН12А (рис.1) представляет собой регулируемый стабилизатор напряжения компенсационного типа в корпусе КТ-28-2, который позволяет питать устройства током до 1,5 А в диапазоне напряжений 1,2…37 В. Этот интегральный стабилизатор имеет термостабильную защиту по току и защиту выхода от короткого замыкания.

Рис.1. ИМС КР142ЕН12А

На основе ИМС КР142ЕН12А можно построить регулируемый блок питания, схема которого (без трансформатора и диодного моста) показана на рис.2. Выпрямленное входное напряжение подается с диодного моста на конденсатор С1. Транзистор VT2 и микросхема DA1 должны располагаться на радиаторе. Теплоотводящий фланец DA1 электрически соединен с выводом 2, поэтому если DA1 и транзистор VD2 расположены на одном радиаторе, то их нужно изолировать друг от друга. В авторском варианте DA1 установлена на отдельном небольшом радиаторе, который гальванически не связан с радиатором и транзистором VT2.

Рис.2. Регулируемый БП на ИМС КР142ЕН12А

Производители

Из-за своих хороших параметров, надежности и дешевизны, TL431 используется в различных технических решениях. Поэтому её производством занимаются многие зарубежных компаний. Существует даже полностью переведенный datasheet tl431 на русском от Texas Instruments (TI). А вот ссылки на некоторые даташит устройств продающихся в РФ: TI, ON Semiconductor, STMicroelectronics, Nexperia, HTC Korea, NXP Semiconductors. Есть еще изготовители этих изделий, но их трудно найти в российских магазинах. К ним относятся: Unisonic Technologies, Motorola, Fairchild Semiconductor, Diodes Incorporated, HIKE Electronics, Calogic, Sangdest Microelectronic (Nanjing), SeCoS Halbleitertechnologie GmbH, Hotchip Technology, Foshan Blue Rocket Electronics и др.

Схема на транзисторе и стабилитроне

Подключение ключевого элемента к простейшему устройству на стабилитроне позволяет с минимальными затруднениями увеличить ток нагрузки. Применение полевого транзистора вместо биполярного позволяет уменьшить рассеиваемую мощность, снизить падение на полупроводниковых переходах, увеличивая таким образом КПД конструкции.

Какой выбрать стабилизатор напряжения, зависит от предъявляемых требований по значению тока нагрузки, коэффициенту стабилизации, габаритам конструкции.

Во многом это зависит от личных предпочтений. Компенсационные и параметрические устройства просты для понимания, легко собираются и настраиваются. Импульсные устройства более сложные технически. Хотя существует множество готовых интегральных микросхем импульсных стабилизаторов, отсутствие четкого понимания их работы может затруднить поиск неисправностей. Выбранная с некоторым запасом по току конструкция может простоять под нагрузкой неограниченное время.

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.

Принцип работы стабилизатора

Принцип работы заключается в поддержании выходного напряжения в заданных узких пределах, независимо от тока нагрузки и величины входа.

По принципам построения стабилизирующие устройства делятся на следующие группы:

• Параметрические;
• Компенсационные;
• Импульсные.

Параметрические стабилизаторы основаны на использовании вольт-амперной характеристики стабилизирующего элемента, где выбирается участок с малым дифференциальным сопротивлением (при изменении тока на значительную величину напряжение на элементе остается постоянным).

Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Более сложные компенсационные конструкции используют обратную связь, величина которой пропорциональна разнице выходного напряжения и эталонного.

К сведению. Импульсные устройства основаны на принципе накопления энергии в реактивном элементе – емкости или индуктивности.

Обзор

Поперечный разрез 1Н914 в стеклянной аксиальной упаковке.

1N4148, наиболее распространенный серийный переключающий диод, заменил старый 1N914. Они различались в основном своими характеристиками тока утечки , однако сегодня большинство производителей перечисляют общие характеристики. Например, Vishay указывает одинаковый ток утечки для обеих частей:

• 25 нА в -20 В, 25 ° C
• 5 мкА при -75 В, 25 ° C
• 50 мкА в -20 В, 150 ° C

Пакеты

Зарегистрированные в JEDEC номера деталей 1N914 и 1N4148 изначально были доступны только в аксиальном корпусе, но со временем аналогичные детали стали доступны и в корпусах для поверхностного монтажа .

Пакет сквозных отверстий

1Н4148 в аксиальном корпусе из стекла ДО-35 .

Пакеты для поверхностного монтажа

• LL4148 в упаковке MiniMELF .
• 1N4148W в корпусе СОД-123 .
• 1N4148WS в корпусе СОД-323 .
• 1N4148WT в корпусе SOD-523 .

Примечание. Некоторые корпуса для поверхностного монтажа семейства 1N4148 помечены текстом «T4».

Характеристики

График зависимости тока от напряжения для различных диодов, в том числе 1N4148

Абсолютные максимальные рейтинги (рейтинги нагрузки, рекомендуемые рейтинги см. В таблице)

• V _RRM = 100 В (максимальное повторяющееся обратное напряжение)
• I _O = 200 мА (средний выпрямленный прямой ток)
• I _F = 300 мА (постоянный прямой ток)
• I _f = 400 мА (повторяющийся пиковый прямой ток)
• I _FSM = 1 А при длительности импульса 1 с; 4 А при длительности импульса 1 мкс (непериодический пиковый прямой импульсный ток)

Электрические и тепловые характеристики

• V _F = 1 В при 10 мА (максимальное прямое напряжение)
• V _R = 75 В при 5 мкА; 100 В при 100 мкА (минимальное напряжение пробоя и обратный ток утечки)
• t _rr = 4 нс (максимальное время обратного восстановления)
• P _D = 500 мВт (максимальная рассеиваемая мощность)

Конструкция

Отличается диод Шоттки от обыкновенных диодов своей конструкцией, в которой используется металл-полупроводник, а не p-n переход. Понятно, что свойства здесь разные, а значит, и характеристики тоже должны отличаться.

Действительно, металл-полупроводник обладает такими параметрами:

• Имеет большое значение тока утечки,
• Невысокое падение напряжения на переходе при прямом включении,
• Восстанавливает заряд очень быстро, так как имеет низкое его значение.

Диод Шоттки изготавливается из таких материалов, как арсенид галлия, кремний, намного реже, но также может использоваться – германий. Выбор материала зависит от свойств, которые нужно получить, однако в любом случае максимальное обратное напряжение, на которое могут изготавливаться данные полупроводники, не выше 1200 вольт – это самые высоковольтные выпрямители. На практике же намного чаще их используют при более низком напряжении – 3, 5, 10 вольт.

Это означает сдвоенный элемент: два диода в одном корпусе с общим анодом или катодом, поэтому элемент имеет три вывода. В блоках питания используют такие конструкции с общим катодом, их удобно использовать в схемах выпрямителей. Часто на схемах рисуется маркировка обычного диода, но в описании указывается, что это Шоттки, поэтому нужно быть внимательными.

Диодные сборки с барьером Шоттки выпускаются трех типов:

1 тип – с общим катодом,

2 тип – с общим анодом,

3 тип – по схеме удвоения.

Такое соединение помогает увеличить надежность элемента: ведь находясь в одном корпусе, они имеют одинаковый температурный режим, что важно, если нужны мощные выпрямители, например, на 10 ампер. Но есть и минусы

Все дело в том, что малое падение напряжения (0,2–0,4 в) у таких диодов проявляется на небольших напряжениях, как правило – 50–60 вольт. При более высоком значении они ведут себя как обычные диоды. Зато по току эта схема показывает очень хорошие результаты, ведь часто бывает необходимо – особенно в силовых цепях, модулях питания – чтобы рабочий ток полупроводников был не ниже 10а

Но есть и минусы. Все дело в том, что малое падение напряжения (0,2–0,4 в) у таких диодов проявляется на небольших напряжениях, как правило – 50–60 вольт. При более высоком значении они ведут себя как обычные диоды. Зато по току эта схема показывает очень хорошие результаты, ведь часто бывает необходимо – особенно в силовых цепях, модулях питания – чтобы рабочий ток полупроводников был не ниже 10а.

https://youtube.com/watch?v=M5Yg0L4GHGY

Еще один главный недостаток: для этих приборов нельзя превышать обратный ток даже на мгновение. Они тут же выходят из строя, в то время как кремниевые диоды, если не была превышена их температура, восстанавливают свои свойства.

Но положительного все-таки больше. Кроме низкого падения напряжения, диод Шоттки имеет низкое значение емкости перехода. Как известно: ниже емкость – выше частота. Такой диод нашел применение в импульсных блоках питания, выпрямителях и других схемах, с частотами в несколько сотен килогерц.

Вольтамперная характеристика светодиода (ВАХ)

ВАХ такого диода имеет несимметричный вид. Когда приложено прямое напряжение, видно, что ток растет по экспоненте, а при обратном – ток от напряжения не зависит.

Все это объясняется, если знать, что принцип работы этого полупроводника основан на движении основных носителей – электронов. По этой же самой причине эти приборы и являются такими быстродействующими: у них отсутствуют рекомбинационные процессы, свойственные приборам с p-n переходами. Для всех приборов, имеющих барьерную структуру, свойственна несимметричность ВАХ, ведь именно количеством носителей электрического заряда обусловлена зависимость тока от напряжения.

Тестирование варикапов

В отличие от обычных диодов, у варикапов p-n переход обладает непостоянной емкостью, величина которой пропорциональна обратному напряжению. Проверка на обрыв или замыкание для этих элементов осуществляется также, как у обычных диодов. Для проверки емкости потребуется мультиметр, у которого есть подобная функция.

Демонстрация проверки варикапа

Для тестирования потребуется установить соответствующий режим мультиметра, как показано на фото (А) и вставить деталь в разъем для конденсаторов.

Как правильно заметил один из комментаторов данной статьи, действительно, определить емкость варикапа, не оперируя номинальным напряжением невозможно. Поэтому, если возникла проблема с идентификацией по внешнему виду, потребуется собрать простую приставку для мультиметра (повторюсь для критиков, именно цифрового мульти метра с функцией измерения емкости верки конденсаторов, например UT151B).

Приставка к мультиметру для измерения емкости варикапа

Обозначения:

• Резисторы: R1, R2 -120 кОм (да, два резистора, да последовательно, нет одним заменить нельзя, паразитную емкость, далее без комментариев); R3 – 47 кОм; R4 – 100 Ом.
• Конденсаторы: С1 – 0,15 мкФ; С2 – 75 пФ; С3 – 6…30 пФ; С4 – 47 мкФ га 50 вольт.

Устройство требует настройки. Она довольно проста, собранное устройство, подключается к измерительному прибору (мультиметр с функцией измерения емкости)

Питание должно подаваться со стабилизированного источника питания (важно) с напряжением 9 вольт (например, батарея Крона). Меняя емкость подстрочного конденсатора (С2) добиваемся показания на индикаторе 100 пФ

Это значение мы будем вычитать от показания прибора.

Данный вариант неидеален, необходимость его практического применения вызывает сомнения, но схема наглядно демонстрирует зависимости емкости варикапа от номинального напряжения .

Как проверить TL431

Так как это не одиночный радиокомпонент, а целая схема, заключенная в маленький корпус, мы не можем проверить ее одним лишь мультиметром, ведь в ней содержится только 10 штук транзисторов, не говоря об остальных компонентах. Проверка сопротивлений между выводами не принесет никакой полезной информации, так как от партии к партии и от производителя к производителю референсные значения разнятся.

Поэтому, как и для проверки большинства микросхем, необходимо собрать простейшую схему с ее использованием. Такой схемой может послужить приведенная ниже

При подаче на вход 12В на выходе должно быть 5В, а при замыкании S1 на выход должно идти опорной напряжение микросхемы TL431 — 2.5В. Вы можете подобрать свои значения

Важно, чтобы они соответствовали формуле:

Если все значения подходят — значит микросхема рабочая и ее можно использовать в проекте. Если собрать небольшой стенд с такой схемой на breadboard, то получится конвейерно проверять большое количество TL431 и ей подобных микросхем.

Проверка диода цифровым мультиметром

Чтобы определить исправность диода можно воспользоваться приведённой далее методикой его проверки цифровым мультиметром.

Но для начала вспомним, что представляет собой полупроводниковый диод.

Полупроводниковый диод – это электронный прибор, который обладает свойством однонаправленной проводимости.

У диода имеется два вывода. Один называется катодом, он является отрицательным. Другой вывод – анод. Он является положительным.

На физическом уровне диод представляет собой один p-n переход.

Напомню, что у полупроводниковых приборов p-n переходов может быть несколько. Например, у динистора их три! А полупроводниковый диод, по сути является самым простым электронным прибором на основе всего лишь одного p-n перехода.

Запомним, что рабочие свойства диода проявляются только при прямом включении. Что значит прямое включение? А это означает, что к выводу анода приложено положительное напряжение ( +), а к катоду – отрицательное, т.е. (—). В таком случае диод открывается и через его p-n переход начинает течь ток.

При обратном включении, когда к аноду приложено отрицательное напряжение (—), а к катоду положительное ( +), то диод закрыт и не пропускает ток.

Так будет продолжаться до тех пор, пока напряжение на обратно включённом диоде не достигнет критического, после которого происходит повреждение полупроводникового кристалла. В этом и заключается основное свойство диода – односторонняя проводимость.

У подавляющего большинства современных цифровых мультиметров (тестеров) в функционале присутствует возможность проверки диода. Эту функцию также можно использовать для проверки биполярных транзисторов. Обозначается она в виде условного обозначения диода рядом с разметкой переключателя режимов мультиметра.

Небольшое примечание! Стоит понимать, что при проверке диодов в прямом включении на дисплее показывается не сопротивление перехода, как многие думают, а его пороговое напряжение! Его ещё называют падением напряжения на p-n переходе. Это напряжение, при превышении которого p-n переход полностью открывается и начинает пропускать ток. Если проводить аналогию, то это величина усилия, направленного на то, чтобы открыть «дверь» для электронов. Это напряжение лежит в пределах 100 – 1000 милливольт (mV). Его то и показывает дисплей прибора.

В обратном включении, когда к аноду подключен минусовой (—) вывод тестера, а к катоду плюсовой ( +), то на дисплее не должно показываться никаких значений. Это свидетельствует о том, что переход исправен и в обратном направлении ток не пропускает.

В документации (даташитах) на импортные диоды пороговое напряжение именуется как Forward Voltage Drop (сокращённо Vf), что дословно переводится как «падение напряжения в прямом включении«.

Схема TL431

Рассмотрим схему, которая находится в официальном datasheet производителя Texas Instruments.

Схема довольно простая. На ней изображен самый обыкновенный операционный усилитель (выглядит, как треугольник на картинке), который подключен к транзистору на выходе.

Как работает TL431?

Здесь все элементарно. Операционному усилителю на вход стоит источник опорного напряжения на 2.5В, который подсоединен ко входу. Контакт под кодовым названием REF и коллектор и эмиттер транзистора связаны с контактами питания усилителя. А безопасность обеспечивает защитный диод, который сохранит и убережет микросхему от переполюсовки.

Чтобы открылся выходной транзистор, нужно на вход REF подать сигнал, вольтаж которого будет чуть больше, чем опорное. Так как достаточно превышения в пару милливольт, то смело можем считать, что подаем вольтаж, который равен опорному. В таком случае, на выходе с ОУ идет напряжение на базу транзистора, и он открывается.

Специально для особо любознательных в даташите TL431 также имеется изображение детализированной схемы:

Как вы видите, даже на показанной развернутой схеме, устройство TL431 не вызывает чувство страха.

Стабилизатор тока, схема

Мне приходится часто просматривать ассортимент на Aliexpress в поисках недорогих но качественных модулей. Разница по стоимости может быть в 2-3 раза, время уходит на поиск минимальной цены. Но благодаря этому делаю заказ на 2-3 штуки для тестов. Покупаю для обзоров и консультаций производителей, которые покупают комплектующие в Китае.

В июне 2016 года оптимальным выбором стал универсальный модуль на XL4015, цена которого 110руб с бесплатной доставкой. Его характеристики подходят для подключения мощных светодиодов до 100 Ватт.

Типовая схема включения понижающего преобразователя

Схема в режиме драйвера.

В стандартном варианте корпус XL4015 припаян к плате, которая служит радиатором. Для улучшения охлаждения на корпус XL4015 надо поставить радиатор. Большинство ставят его сверху, но эффективность такой установки низкая. Лучше систему охлаждения ставить снизу платы, напротив места пайки микросхемы. В идеале её лучше отпаять и поставить на полноценный радиатор через термопасту. Ножки скорее всего придется удлинить проводами. Если потребуется такое серьезное охлаждение контроллеру, то оно потребуется и диоду Шотки. Его тоже придётся поставить на радиатор. Такая доработка значительно повысит надежность всей схемы.

Разновидности XL4015, добавлен вольтметр

Принцип функционирования стабилизационных диодов

Несмотря на то, что смд похож на диод, он по сути является иным элементом электросхемы. Конечно, он может выполнять функцию выпрямителя, но обычно используется для стабилизации напряжения. Данный элемент способен поддерживать в цепи постоянного тока постоянное напряжение. Этот его принцип работы применяется в питании различного радиотехнического оборудования.

 

Стабилитрон и диод

Внешне смд очень похож на стандартный полупроводник. Схожесть сохраняется и в конструкционных особенностях. Но при обозначении такого радиотехнического элемента, в отличие от диода, на схеме ставится буква Г.
Если не вникать в математические расчеты и физические явления, то принцип функционирования smd будет достаточно понятным.

Проходя через этот элемент, небольшое напряжение цепи провоцирует сильный ток. При увеличении обратного напряжения ток так же растет, только в этом случае его рост будет наблюдаться слабо. Доходя до отметки, она может быть любой. Все зависит от типа устройства. При достижении отметки происходит «пробой». После случившегося «пробоя» через smd начинает течь обратный ток большого значения. Именно в этот момент и начинается работа данного элемента до времени превышения его допустимого предела.

Как проверить двусторонний стабилитрон?

Эта деталь представляет собой два стабилитрона в одном корпусе, соединенная навстречу друг другу.

Такой элемент может работать с импульсным напряжением, и с переменной полярностью. Проверка на пробой бессмысленна, поэтому можно лишь тестировать соответствие напряжения стабилизации.

Для этого собирается схема, аналогичная описаниям выше. Для проверки необходимо также подавать на вход завышенное напряжение, только различной полярности.

Проверяем стабилитрон мультиметром – видео

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.

Измерение по схеме стабилизатора

Этот способ позволяет провести замеры параметров радиоэлементов путём включения их в схему и приложенного напряжения источника питания. В зависимости от напряжения стабилизации проверяемого компонента, необходимо иметь делитель состоящего из одного и более резисторов. Источник питания подключается непосредственно к заранее собранной электрической схеме, включённой с общим минусом или общим плюсом. Эта схема является параметрическим стабилизатором напряжения:

1. Рассмотрим включение схемы в общим минусом. Положительный провод источника питания присоединяется к выводу 1 делителя которым служит резистор R, а испытуемый стабилитрон подключается катодом к выводу 2 резистора R. Анодный вывод стабилитрона соединён с минусовым выводом источника питания и является общей шиной питания. Резистор делителя выбирается таким образом, чтобы приложенное напряжение от источника питания достигло такого уровня, что позволит на выводе 2 резистора получить ток пробоя стабилитрона, при котором он откроется.
2. Мультиметр переключается в режим измерения постоянного напряжения, после чего плюсовой вывод вольтметра соединяется к выводу 2 резистора, а минусовый вывод подключён к общей шине, это минус источника питания+анод испытываемого элемента. Источник питания желательно иметь с плавной регулировкой, что придаёт этому способу возможность осуществлять испытание широкого спектра стабилизируемых напряжений.

На примере рассмотрим диод Зенера со стабилизацией 12 В. Для этого необходимо приложить напряжение таким образом, чтобы на выводе 1 делителя оно составляло около 11 В, при сопротивлении делителя выбранным примерно 100Ом. Вольтметр на выводе 2 резистора (без нагрузки). Напряжение перед делителем и после него остаётся неизменным, в зависимости от выбранного сопротивления. Если на вывод 1 делителя приложить выше 12 В или выше, то при этом на выходе делителя вывода второе напряжение не должно превышать 12 В, что указывает на его исправность.

Если же исследуемый элемент является пробитым или неправильно включен в схему, то напряжение на вольтметре равняется нулю, а также произойдёт нагрев делителя. Если же элемент в обрыве, то приложенная величина на входе делителя, будет выше чем 12 В, то испытываемый элемент можно считать неисправным.

Некоторые электронные компоненты

Пе­ред тем как перей­ти к самим тран­зисто­рам, давай погово­рим о таких важ­ных ком­понен­тах любой циф­ровой схе­мы, как резис­тор и диод.

Резистор

Ча­ще все­го в элек­три­чес­ких схе­мах исполь­зует­ся такой эле­мент, как резис­тор. Резис­тор мож­но пред­ста­вить как соп­ротив­ление в чис­том виде. Для чего же он может исполь­зовать­ся? К при­меру, если в нашей цепи при кон­крет­ном нап­ряжении необ­ходимо обес­печить опре­делен­ную силу тока, дос­таточ­но вычис­лить по закону Ома нуж­ное соп­ротив­ление и уста­новить в нуж­ном мес­те пос­тоян­ный резис­тор. Схе­му и внеш­ний вид пос­тоян­ного резис­тора ты можешь уви­деть на фото сни­зу.

Схе­ма и внеш­ний вид резис­тора

info

За­кон Ома — один из основных законов элек­три­чес­тва. В схе­мотех­нике и элек­тро­нике обыч­но он исполь­зует­ся для того, что­бы рас­счи­тать под­ходящее соп­ротив­ление эле­мен­тов элек­три­чес­ких цепей. Фор­мула, выража­ющая этот закон, выг­лядит так: R = U/I, где R — соп­ротив­ление, U — нап­ряжение, I — сила тока.

Су­щес­тву­ют раз­ные виды резис­торов, которые могут изме­нять свое соп­ротив­ление в зависи­мос­ти от раз­ных усло­вий. Реос­тат изме­няет соп­ротив­ление от нуля до уста­нов­ленно­го мак­сималь­ного зна­чения, фоторе­зис­тор изме­няет соп­ротив­ление в зависи­мос­ти от уров­ня осве­щения, а тер­мистор, как ты догады­ваешь­ся, от тем­перату­ры. Но нас инте­ресу­ет самый рас­простра­нен­ный вид резис­торов — пос­тоян­ный.

У пос­тоян­ного резис­тора нет поляр­ности, а это зна­чит, что его кон­такты абсо­лют­но рав­нознач­ны и нет раз­ницы, в какой пос­ледова­тель­нос­ти и какой сто­роной резис­тор под­клю­чать в цепь. На фото ты мог заметить цвет­ные полос­ки на его кор­пусе. С их помощью ты можешь опре­делить номинал соп­ротив­ления резис­тора.

Ес­ли на резис­торе все­го четыре полосы, то пер­вые две полос­ки (если все­го полос пять, то пер­вые три) обоз­нача­ют осно­вание чис­ла количес­тва омов, третья — мно­житель в сте­пенях десяти. Соп­ротив­ление может быть прос­то в омах (мно­житель 10^0), в кило­омах (мно­житель 10^3), мега­омах (мно­житель 10^6) и так далее. Пос­ледняя полоса обоз­нача­ет точ­ность в про­цен­тах. На фото — таб­лица с рас­шифров­кой зна­чений раз­ных цве­тов.

Оп­ределе­ние номина­ла резис­тора по цвет­ным полос­кам

Но тебе совер­шенно необя­затель­но самому опре­делять номинал, выс­матри­вая в таб­лице нуж­ные цве­та. Для таких рас­четов сущес­тву­ют готовые каль­кулято­ры. Дос­таточ­но прос­то выб­рать количес­тво полос и впи­сать цве­та.

Диод

Ди­од — это фак­тичес­ки ана­лог нип­пеля, но для элек­три­чес­тва. У диода, в отли­чие от резис­тора, поляр­ность есть и игра­ет немало­важ­ную роль. Его кон­такты, элек­тро­ды, называ­ются анод (+) и катод (-). Ток в диоде про­ходит толь­ко от ано­да к катоду. Если под­клю­чить диод неп­равиль­но, то ток через него течь прос­то не будет. Опре­делить катод поможет полос­ка на кор­пусе диода.

Схе­ма и внеш­ний вид диода

Го­воря о диоде, нель­зя не упо­мянуть све­тоди­од. Эта надеж­ная и дол­говеч­ная «лам­почка» работа­ет так же, как и обыч­ный диод, про­пус­кая ток толь­ко от ано­да к катоду, но при этом она еще и излу­чает свет. Одна из «ног» све­тоди­ода длин­нее, она и есть положи­тель­ный элек­трод. Так­же над катодом рас­полага­ется засеч­ка на лин­зе.

Схе­ма и внеш­ний вид све­тоди­ода

warning

Не торопись под­клю­чать диод или све­тоди­од нап­рямую к батарей­ке, ведь если через эти эле­мен­ты прой­дет слиш­ком боль­шой ток, на который они не рас­счи­таны, то про­изой­дет корот­кое замыка­ние и слу­чит­ся воз­горание. Что­бы это­го избе­жать, в цепь надо пос­ледова­тель­но под­клю­чить уже изу­чен­ный нами резис­тор. Мак­сималь­ный допус­тимый ток для самого рас­простра­нен­ного све­тоди­ода, про­дающе­гося в качес­тве элек­трон­ного ком­понен­та, равен 30 мА, а минималь­ный, которо­го дос­таточ­но для све­чения, нес­коль­ким мил­лиам­перам. На прак­тике, если будешь исполь­зовать све­тоди­од на 20 мА и питать его от 5 В, исполь­зуй резис­тор с соп­ротив­лени­ем от 150 до 360 Ом.