Цветовая маркировка стабилитронов

Стабилитрон. Принцип работы, вольт-амперная характеристика

Стабилитрон также называют диодом Зенера — в честь физика Кларенса Зенера, которому и принадлежит гордое звание изобретателя данного компонента. 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 с этим явлением подробнее…

Итак, различают три типа или механизма пробоя:

туннельный
лавинный
тепловой

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. В итоге весь процесс повторяется снова и снова, как лавина, собственно, из-за этого пробой и получил свое название.

Тепловой же пробой куда более прозаичен. Из-за увеличения обратного напряжения p-n переход нагревается и затем разрушается. В отличие от туннельного и лавинного пробоя, которые являются обратимыми, тепловой пробой — необратим.

На обратимости механизмов пробоя, в общем-то, и строится принцип работы стабилитрона. Именно ситуация, при которой он находится в состоянии лавинного или туннельного пробоя, и является для диода Зенера рабочей. Из этого же вытекает и основное отличие стабилитрона от обычного диода. Стабилитрон проектируется таким образом, чтобы туннельный, либо лавинный, либо оба этих типа пробоя возникали гарантированно и задолго до того, как в устройстве возникнет тепловой пробой (ведь тепловой пробой просто выведет элемент из строя — окончательно и бесповоротно).

Принято считать, что разным механизмам пробоя соответствуют величины обратных напряжений:

Uпробоя<4.5ВU_{пробоя} < 4.5 ВUпробоя<4.5В — преобладает туннельный пробой
4.5В⩽Uпробоя⩽6.7В4.5 В \leqslant U_{пробоя} \leqslant 6.7 В4.5В⩽Uпробоя⩽6.7В — оба типа пробоя возникают одновременно
Uпробоя>6.7ВU_{пробоя} > 6.7ВUпробоя>6.7В — лавинный пробой

Все эти характеристики стабилитрона можно изобразить следующим образом:

Тут стоит отметить два важных нюанса. Во-первых, эти значения не являются строго точными. Для разных диодов, разных способов изготовления, величины могут быть другими. Но, в целом, идея неизменна — существует некая область, в пределах которой оба механизма пробоя сосуществуют вместе. Второй интересный момент заключается в том, что температурный коэффициент лавинного и туннельного пробоя имеют разные знаки:

при туннельном пробое температурный коэффициент напряжения (ТКН) отрицательный, поскольку с увеличением температуры напряжения пробоя уменьшается.
при лавинном же пробое ТКН положительный, то есть все наоборот — увеличение температуры ведет к увеличению напряжения пробоя.

Итак, мы разобрались с принципом работы стабилитрона, протекающими процессами и с тем, что рабочий режим диода Зенера лежит в области обратной ветви вольт-амперной характеристики стабилитрона:

Вольт-амперная характеристика стабилитрона.

При увеличении обратного напряжения в определенный момент наступает пробой и ток через стабилитрон резко возрастает. При этом напряжение напротив остается практически неизменным, то есть стабилизированным. В этом и заключается идея использования стабилитронов в электрических цепях.

На схеме я отдельно выделил несколько точек, давайте по ним пробежимся:

Iст минI_{ст \medspace мин}Iстмин — минимальное значение обратного тока. Если ток имеет меньшее значение, то стабилитрон закрыт.
IстI_{ст}Iст — номинальное значение обратного тока. Обычно указывается производителем в документации и может составлять около 30% от максимального тока стабилизации.
Iст максI_{ст \medspace макс}Iстмакс — вот и он, уже упомянутый максимальный ток стабилизации. Эта величина ограничена максимальной рассеиваемой мощностью прибора. При превышении этого значение как раз-таки и произойдет пресловутый тепловой пробой, который выведет стабилитрон из строя.

Каждому из этих значений тока соответствует определенное значение напряжения, которое также указывается в справочнике/документации на конкретный элемент.

Теперь для наглядной демонстрации рассмотрим практический пример схемы со стабилитроном. Собственно, на принципиальных электрических схемах он обозначается следующим образом:

А так выглядит базовая схема, в отличие от диода полярность включения стабилитрона обратная:

Выберем какой-нибудь конкретный экземпляр, например, 1N4733A. Его характеристики приведены ниже:

Минимальное напряжение стабилизации, В	4.8
Номинальное напряжение стабилизации, В	5.1
Максимальное напряжение стабилизации, В	5.3
Минимальный ток стабилизации, мА	49
Максимальный ток стабилизации, мА	178

Итак, начинаем подавать на вход напряжение:

Пример схемы со стабилитроном. — Uвых=3ВU_{вых} = 3 ВUвых=3В

Как видите, подаваемое напряжение не превышает напряжение стабилизации, поэтому на выходе наблюдаем то же значение, что и на входе. Увеличиваем напряжение:

Стабилизация напряжения. — Uвых=5ВU_{вых} = 5 ВUвых=5В

И здесь уже ситуация меняется, стабилитрон начинает выполнять свою работу, поднимаем напряжение еще выше:

Принцип работы стабилитрона. — Uвых=5.05ВU_{вых} = 5.05 ВUвых=5.05В

Пример использования диода Зенера. — Uвых=5.11ВU_{вых} = 5.11 ВUвых=5.11В

Стабилизация напряжения налицо

Таким образом мы наглядно проверили принцип работы стабилитрона, теоретические аспекты которого изучили ранее.

Маркировка стабилитронов

Стабилитроны маркируют по их основным характеристикам. Эта маркировка имеет следующий вид:

UСТ. Эта маркировка означает номинальное напряжение для стабилизации;
ΔUСТ. Означает отклонение показателя напряжения номинального напряжения стабилизации;
IСТ. Обозначает ток, который протекает через диод при номинальном напряжении стабилизации;
IСТ.МИН — минимальное значение тока, которые течет через стабилитрон. При этом значении такой smd диод будет иметь напряжение в диапазоне UСТ ± ΔUСТ;
IСТ.МАКС. Означает максимально допустимую величину тока, которая может течь через стабилитрон.

Такая маркировка важна при выборе элемента под определенную электросхему.

Маркировка SMD диодов, справочник кодовых обозначений

Существующие SMD диоды или другие типы деталей могут называться чипами, или СМД компонентами. В российской схематике и промышленности их нередко именуют ТМП — технология монтажа на поверхность. Количество деталей весьма велико, поэтому обозначения собраны в электронные базы и могут быть сохранены на компьютер для быстрого определения диода или иного компонента. Объемы баз разные, но все они включают по нескольку тысяч обозначений.

Любому практику полезно иметь подобный справочник, чтобы не тратить времени на распознавание маркировки, поиск аналогов или иных вариантов использования. Иногда возникает возможность замены обычных диодов или других деталей на чипы, что дает немалый выигрыш:

уменьшается размер;
снижаются паразитные эффекты, проявляющиеся в емкости и индуктивности;
улучшается работа с сигналами малых уровней.

На первый взгляд, разобраться в многообразии чипов непросто, однако, составители справочников это понимают и объединяют все данные по группам. Отдельно рассматриваются диоды, конденсаторы, резисторы и прочие типы. Это несколько упрощает ориентирование в огромных массивах данных.

SMD маркировка электрических элементов

Принцип нанесения обозначений состоит в зашифрованной передаче сведений о размерах и электрических параметрах чипа. Существует условное деление по количеству выводов и величине корпуса элементов:

Количество выводов	Маркировка корпуса по возрастанию размера	Краткое описание
Двухконтактные	SOD (например, SOD128, SOD323 и т.п.) или WLCSP2	Пассивные чипы цилиндрической или квадратной формы, танталовые конденсаторы, диоды
Трехконтактные	DPAK, D2PAK, D3PAK	Автор данного корпуса — компания Моторола. Все элементы имеют одинаковую форму, но разный размер. Используются для полупроводниковых элементов, выделяющих тепловую энергию
Четырехконтактные и более	WLCSP(N) (литера N обозначает число выводов), SOT, SOIC, SSOP, CLCC, LQFP, DFN,DIP / DIL,Flat Pack,TSOP,ZIP	Контакты этих чипов размещены по двум противоположным боковым сторонам корпуса
Элементы с числом контактов более четырех	LCC, PLCC, QFN, QFP, QUIP	Выводы расположены по всем четырем сторонам корпуса
Выводы размещены в виде решетки	BGA, uBGA	Микросхемы, предназначенные для пайки с помощью специальной пасты
Безвыводные элементы	μBGA, LFBGA	Оснащены только контактными пластинками или каплями припоя

Чип конденсаторы

Существуют два основных типа конденсаторов — электролитические (корпус имеет форму цилиндра) и керамические или танталовые (корпус выполнен в виде параллелепипеда). На маркировке электролитов всегда присутствуют значения емкости и напряжения, а на керамических образцах — нет. Минус (катод) электролитов обозначен полоской, расположенной на верхней стороне корпуса.

Маркировка SMD резисторов

Маркировка представлена несколькими знаками — цифрами и буквами. Две первые цифры означают номинал, а третья (и четвертая) — порядок, или количество нолей. Например, число 322 означает 3200 Ом или 3,2 кОм. Иногда используется разделитель R, играющий роль запятой. Так, обозначение 3R2 значит 3,2 кОм. Или 0R32 — 0,32 кОм.

Есть специальные резисторы, выполняющие функции предохранителей или перемычек. У них нулевой номинал сопротивления.

Размеры SMD устройств стандартизированы и связаны с маркировкой. Так, чипы диодов, резисторов или конденсаторов типоразмера 0805 имеют параметры 0,6 × 0,8 × 0,23 дюйма (длина-ширина-высота).

SMD индуктивности

Форма и размеры корпусов дросселей и катушек индуктивности имеют те же величины, что и у резисторов или конденсаторов. Обозначение состоит из 4 цифр. Две первые — длина, другие — ширина чипа, выраженные в десятых долях дюйма. Например, маркировка дросселя 0805 значит, что его длина — 0,08, а ширина — 0,05 дюйма.

SMD диоды и транзисторы

Диодные чипы могут быть выполнены в виде бочонка или параллелепипеда (брикета). Все размеры полностью соответствуют параметрам резисторов, что упрощает разработку печатных плат. Учитывая специфику работы диодов, для которых необходимо соблюдать полярность, на отрицательном выводе или рядом с ним имеется полоска. Она обозначает катод, что позволяет избежать ошибок при монтаже.

На поверхности чипа может находиться только код, который не дает полной информации о параметрах детали. Поэтому существуют специальные информационные массивы — datasheet, располагающие сведениями о всех параметрах и возможностях элементов. Если необходимы полные данные о свойствах, которыми обладают транзисторы, datasheet дает возможность получить подробную информацию.

Используются корпуса двух типов:

SOT;
DPAK.

Помимо транзисторов в таком формате могут выпускаться диодные сборки, использующиеся в выпрямителях и драйверах.

Цветовая маркировка диодов в корпусах SOD-80

Корпус SOD-80, известный также как MELF, представляет из себя маленький стеклянный цилиндр с металлическими выводами.

Примеры маркировки диодов.

Маркировка 2Y4 к 75Y (E24 серия) BZV49 1W кремниевый стабилитрон (2.4 — 75V) Маркировка C2V4 к C75 (E24 серия) BZV55 500mW кремниевый стабилитрон (2.4 — 75V)

Катодный вывод помечен цветным кольцом.

Маркировка приборов цветными кольцами.

Вывод катода	Прибор
Черный (Black)	BAS32, BAS45, BAV105 LL4148, 50, 51,53, LL4448 BB241,BB249
Черный и кочичневый (Black Brown)	LL4148, LL914
Черный и оранжевый (Black Orange)	LL4150, BB219
Коричневый и зеленый (Brown Green)	LL300
Коричневый и черный (Brown Black)	LL4448
Красный (Red)	BA682
Красный и оранжевый (Red Orange)	BA683
Красный и зеленый (Red Green)	BA423L
Красный и белый (Red White)	LL600
Оранжевый и желтый (Orange Yellow)	LL3595
Желтый (Yellow)	BZV55,BZV80,BZV81 series zeners
Зеленый (Green)	BAV105, BB240
Зеленый и черный (Green Black)	BAV100
Зеленый и кочичневый (Green Brown)	BAV101
Зеленый и красный (Green Red)	BAV102
Зеленыый и оранжевый (Green Orange)	BAV103
Серый (Gray)	BAS81, 82, 83, 85, 86
Белый (White)	BB219
Белый и зеленый (White Green)	BB215

Некоторые SMD-диоды в цилиндрических корпусах MiniMELF (SOD80 / DO213AA / LL34) или MELF (DO213AB / LL41) часто маркируются цветными полосками (первая, ближняя к краю полоска расположена у катода) в соответствии с таблицей слева.

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.

Подробно о цветовой маркировке стабилизирующего диода

Любой диод (стабилитрон и т.д.) на своем корпусе содержит специальную маркировку, которая отражает то, какой материал использовался для изготовления каждого конкретного полупроводника. Такая маркировка может иметь следующий вид:

буква или цифра;
буква.

Кроме этого маркировка отражает электрические свойства и назначение прибора. Обычно за это отвечает цифра. Буква, в свою очередь, отражает соответствующую разновидность устройства. Кроме этого маркировка содержит дату изготовления и условное обозначение изделия. Смд интегрального типа часто содержат полную маркировку. В такой ситуации на корпусе изделия имеется условный код, который обозначает тип микросхемы. Пример расшифровки нанесенной на корпус кодовой маркировки для микросхем приведен на рисунке:

Пример маркировки микросхем

Кроме этого имеется еще и цветовая маркировка. Она существует в нескольких вариантах, но наиболее часто используется японская маркировка (JIS-C-7012). Обозначения цветовой маркировки приведены в следующей таблице.

Как отличить стабилизационный диод от обычного полупроводника

Очень часто люди задаются вопросом, как можно отличить стабилитрон от стандартного полупроводника, ведь, как мы выяснили раньше, оба этих элемента имеют практически идентичное обозначение на электросхеме и могут выполнять схожие функции. Самым простым способом отличить стабилизационный полупроводник от обычного является использование схемы приставки к мультиметру. С его помощью можно не только отличить оба элемента друг от друга, но и выявить напряжение стабилизации, которое характерно для данного смд (если оно, конечно, не превышает 35В). Схема приставки мультиметра является DC-DC преобразователем, в которой между входом и выходом имеется гальваническая развязка. Эта схема имеет следующий вид:

Схема приставки мультиметра

В ней генератор с широтно-импульсной модуляцией выполняется на специальной микросхеме МС34063, а для создания гальванической развязки между измерительной частью схемы и источником питания контрольное напряжение следует снимать с первичной обмотки трансформатора. Для этой цели имеется выпрямитель на VD2. При этом величина для выходного напряжения или тока стабилизации устанавливается путем подбора резистора R3. На конденсаторе С4 происходит выделение напряжения примерно в 40В. При этом проверяемый смд VDX и стабилизатор для тока А2 будут формировать параметрический стабилизатор. Мультиметр, который подключили к выводам Х1 и Х2, будет измерять на данном стабилитроне напряжение. При подключении катода к «-«, а анода к «+» диода, а также к несимметричному смд мультиметра, последний покажет незначительное напряжение. Если подключать в обратной полярности (как на схеме), то в ситуации с обычным полупроводником прибор будет регистрировать напряжение около 40В.

Здесь трансформатор Т1 будет намотан на торообразном ферритовом сердечнике с внешним диаметром в 23 мм. Такая обмотка 1 будет содержать 20 витков, а вторая обмотка — 35 витков провода ПЭВ 0,43

При этом важно при намотке укладывать виток к витку. Следует помнить, что первичная обмотка идет на одной части кольца, а вторая – на другой

Проводя настройку прибора, подключите резистор вместо smd VDX. Этот резистор должен иметь номинал 10 кОм. А сопротивление R3 нужно подбирать для того, чтобы добиться напряжения в 40В на конденсаторе С4 Вот так можно выяснить, стабилитрон у вас или обычный диод.