Как проверить стабилитрон (диод зенера) мультиметром

Стабилизатор напряжения на стабилитроне

Стабилитрон обеспечивает гораздо более высокий уровень стабильности питания, чем может быть достигнут, например, с помощью одной только схемы выпрямителя и фильтрующего конденсатора. В частности, за счет соответствующего легирования полупроводников можно получить практически вертикальный наклон кривой, получая стабилизированное напряжение с незначительной и постоянной пульсацией, которая не изменяется при изменении входного напряжения.

Далее показана схема простейшего стабилизатора напряжения, основанного на стабилитроне. Использовался стабилитрон с VZ = 12 В, а значение последовательного резистора R можно определить по формуле, как показано на рисунке, где Vi — входное напряжение, Vo — стабилизированное выходное напряжение (в данном случае 12 В), а IL — ток, потребляемый нагрузкой.

Без нагрузки (IL = 0) весь ток из схемы будет проходить через стабилитрон, который, в свою очередь, рассеивает его до максимальной своей мощности. Следовательно необходимо тщательно выбирать значение последовательного сопротивления, чтобы не превышать максимальную мощность, которую стабилитрон может рассеять когда к нему не подключена нагрузка. Эта схема способна генерировать ток не более десятков миллиампер, она часто используется для смещения базы транзистора или в качестве входа в операционный усилитель, тем самым получая более высокий выходной ток от стабилизатора.

На схеме показан стабилизатор на шунтирующем транзисторе, способный увеличивать мощность, подаваемую на нагрузку. Выходное напряжение VO определяется формулой: VO = VZ + VBE.

Что это такое

В литературе дается следующее определение:

Стабилитрон или диод Зенера это прибор, предназначенный для стабилизации напряжения в электрических цепях. Работает при обратном смещении в режиме пробоя. До наступления пробоя имеет высокое сопротивление перехода. Протекающие при этом токи незначительны. Широко используются в электронике и в электротехнике.

Если говорить простыми словами, то стабилитрон предназначен для стабилизации напряжения в электронных схемах. В цепь он включается в обратном направлении. При достижении напряжения, превышающего напряжение стабилизации, происходит обратимый электрический пробой pn-перехода. Как только оно понизится до номинала, пробой прекращается, и стабилитрон закрывается.

На нижеприведенном рисунке представлена графическая схема для чайников, позволяющая понять принцип действия диода Зенера.

Основными преимуществами является невысокая стоимость и небольшие габариты. Промышленность выпускает устройства с напряжением стабилизации о 1,8 — 400 В в металлических, керамических или корпусах из стекла. Это зависит от мощности, на которую рассчитан стабилитрон и других характеристик.

Для стабилизации высоковольтного напряжения от 0,4 до нескольких десятков кВ, применяются стабилитроны тлеющего разряда. Они имеют стеклянный корпус и до появления полупроводниковых приборов применялись в параметрических стабилизаторах.

Аналогичными свойствами обладают приборы, меняющие свое сопротивление в зависимости от приложенного напряжения – это варисторы. Между стабилитроном и варистором разница заключается в том, что последний обладает двунаправленными симметричными характеристиками. А это значит, что в отличие от диодов, он не имеет полярности. Кратко варистор предназначен для обеспечения защиты от перенапряжения электронных схем.

Для предохранения аппаратуры от скачков напряжения применяют супрессоры. Между стабилитроном и супрессором отличия заключаются в том, что первый постепенно изменяет свое внутреннее сопротивление в зависимости от приложенного напряжения. Второй при достижении определенного порога напряжения открывается сразу. Т.е. его внутреннее сопротивление стремится к нулю. Основное назначение супрессоров — защита аппаратуры от скачков питания.

На рисунке ниже представлено условно графическое обозначение (УГО по ГОСТ) полупроводника и его вольт-амперная характеристика.

На рисунке цифрами указан участок 1-2. Он является рабочим и предназначен для стабилизации напряжения в цепях. Если прибор включить в прямом направлении, то он будет работать как обычный диод.

Рекомендуем посмотреть следующий видеоролик, чтобы подробнее изучить принцип действия стабилитрона, обозначение элементов и область их применения.

Как проверить диод мультиметром

Обычно выходят из строя силовые, выпрямительные диоды, т. к. через них проходит значительный прямой ток. Причиной неисправностей диодов может быть их перегрев, нарушение теплового контакта с радиатором или увеличение температуры окружающей среды, выход из строя других элементов схемы которые вызвали увеличение допустимого напряжение на диоде, низкое качество их исполнения.

Неисправность выпрямительных диодов может быть причиной повышения напряжения питания на компонентах схемы и возникновения дополнительных неисправностей. Отказ диода может выражаться в коротком замыкании между разными полупроводниками p-n слоя, отсутствию контакта между ними (обрыв) и появлению тока утечки.

Диод является полупроводником, работа которого основана на свойствах p-n перехода. Работа элемента заключается в том, что при прямом направлении анод (+) – катод (-) ток проходит через полупроводниковый переход, так как его сопротивление составляет всего несколько десятков Ом, а в противоположном направлении катод – анод (перевернутый диод) ток отсутствует, т. к. сопротивление перехода достаточно велико.

Используя это свойство p-n полупроводников не трудно проверить работоспособность диода мультиметром. На некоторых мультиметрах есть режим проверки диодов, отмечается он символом диода. При касании красным щупом прибора анода полупроводника, а отрицательного катода другим щупом, то на экране измерительного прибора, при исправном элементе, отобразится напряжение на переходе, в случае германиевых диодов от 0,3 до 0,7 В, и от 0,7 до 1 В для кремниевых полупроводников.

Режим проверки диодов на мультиметре

Различие величины прямого падения напряжения этих полупроводников зависят от различных сопротивлений переходов. Если перевернуть щупы, к положительному аноду прикоснуться чёрным щупом, а к отрицательному катоду красным, то дисплей отобразит падение напряжения близкое к нулю, (в случае рабочего элемента). Если у мультиметра отсутствует такой режим проверки, тогда работоспособность элемента проверяется в режиме сопротивления.

Ставят переключатель мультиметра в положении измерения сопротивлений 1 Ком, и далее красный щуп прикладывают к аноду элемента, а чёрный к катоду. Экран прибора должен отобразить значение сопротивления прямого перехода для исправного диода от десятков до сотен Ом, что зависит от типа полупроводника. Если материал полупроводника германий, то сопротивление прямого перехода меньше, чем у кремниевых элементов.

Если щупы перевернуть, то сопротивление p-n перехода будет велико (при исправном полупроводнике) от нескольких сотен Ком до Мом. Когда сопротивление обратного перехода заметно ниже, тогда можно говорить о недопустимом токе утечки и неисправном элементе.

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.

Проверяем микроволновку

Как бы мы не старались четко выполнять условия эксплуатации, СВЧ — печь иногда ломается, а наиболее частые причины это:

  • перегорел высоковольтный предохранитель;
  • вышел из строя высоковольтный конденсатор;
  • сгорел высоковольтный диод.

Конечно, можно отнести микроволновку в мастерскую, но при желании ремонт возможен и своими руками.

Одной из причин выхода из строя микроволновки является поломка диода,

рассчитанного на рабочее напряжение до 12000 вольт.

Он установлен в печке рядом с конденсатором:

Диод подключается выводом из анода к одному из контактов кондёра.

А другой конец прикручен на массу.

Емкость его небольшая в 1 мкф, но он рассчитан на напряжение до 2100 вольт. Как раз такое напряжение развивает трансформатор в микроволновой печи. И даже после выключения в нем остается достаточно приличный заряд опасный для жизни.

Одни мастера говорят, что достаточно какое-то время подождать после отключения аппарата от сети.

Но лучше перестраховаться.

Поэтому необходимо отверткой замкнуть контакты конденсатора между собой. А затем каждый вывод поочередно замкнуть на массу.

Только после того как мы проделаем эту процедуру несколько раз, можно приступать к проверяемым манипуляциям.

Но нужна предварительная подготовка.

Дело в том, что этот диод невозможно проверить просто так, без подготовки, обычным тестером.

Если подвести к его выводам щупы тестера, то на мультиметре будет показано что этот элемент якобы нерабочий.

Для того чтобы его прозвонить, на один из его выводов необходимо подать напряжение. Тогда он открывается и начинает работать как обычный диод.

Итак, начинаем проверять диод микроволновки.

  1. Переводим тестер в режим измерения  постоянного напряжения в положение 20 вольт.
  2. Нужен будет дополнительный источник питания. Подойдет обычная батарейка «Крона». Напряжение на ней обычно составляет 9.5 вольт.
  3. Теперь можно измерить.
  4. Берем наш диод и подключаем его к тестеру через батарейку.
  5. На экране мультиметра появится значение напряжения в 5.9 вольт.
  6. Если поменять полярность и снова проверить напряжение и снова провести замеры, то на экране мы увидим значение «ноль».

О том, что деталь неисправна, можно судить по результатам замеров. Когда при измерении в прямом и обратном направлении будет отсутствие показателей в обоих направлениях, можно определенно сказать, что проверяемая деталь неисправна и подлежит замене. А проверка на приборе позволила определить его состояние на работоспособность.

После замены этой запчасти на новую, ваша СВЧ печь будет работать как новая!

Эти диоды могут отличаться по номиналу и по форме.

Вот таким образом выполняется проверка диода из микроволновки.

Проверка супрессора (TVS-диода)

Защитный диод, он же ограничительный стабилитрон, супрессор и TVS-диод. Данные элементы бывают двух типов: симметричные и несимметричные. Первые используются в цепях переменного тока, вторые – постоянного. Если кратко объяснить принцип действия такого диода, то он следующий:

Увеличение входного напряжения вызывает уменьшение внутреннего сопротивления. В результате увеличивается сила тока в цепи, что вызывает срабатывание предохранителя. Преимущество устройства заключается в быстроте реакции, что позволяет принять на себя переизбыток напряжения и защитить устройство. Скорость срабатывания – главное достоинство защитного (TVS) диода.

Теперь о проверке. Она ничем не отличается от обычного диода. Правда есть исключение – диоды Зенера, которые также можно отнести к TVS семейству, но по сути это быстрый стабилитрон, работающий по «механизму» лавинного пробоя (эффект Зинера). Но, проверка работоспособности скатывается к обычной прозвонке. Создание условий срабатывания приводит к выходу элемента из строя. Другими словами, способа проверки защитных функций TVS-диода нет, это как проверить спичку (годная она или нет) пытаясь поджечь.

Ремонт генератора своими руками

Большая часть неисправностей возникающих в генераторе решается банальной заменой того или иного узла. Собственно рассмотрим подробнее как можно отремонтировать автомобильный генератор своими руками и начнём с разборки:

Перед тем как начинать разборку генератора, потребуется произвести отметку положения крышек корпуса, для того что бы в последствии облегчить обратную сборку.
Далее снимается шкив

Инструменты для ремонта

Аккуратно демонтируется щёткодержатель, для того что бы ни повредить токосъёмные щётки
Отсоединяются все возможные провода, и откручивается контактный болт расположенный, как правило, на задней крышке
После этого откручиваются корпусные болты, которые препятствуют съёму задней крышки, стоит отметить, что корпусные элементы прилегают достаточно плотно и будет необходимо приложить определённые усилия.
В завершении разборки корпуса производится демонтаж передней крышки и ротора. Достаточно часто крышку не получается снять усилием руки, поэтому разумно будет использовать следующий способ. Крышка устанавливается на два деревянных бруска и ротор выбивается не сильными ударами, нужно быть предельно осторожным, для того, что бы избежать повреждений.
В завершении производится отсоединение обмоток от диодного блока и демонтаж элементов.

После того как генератор окончательно разобран следует произвести проверку его составляющих для того что бы выяснить какой именно элемент подлежит замене:

  • Проверка обмотки статора на обрыв. Производится процедура с помощью АКБ и контрольной лампы. Фактически готовая система является стандартной «прозвонкой». Лампа поочерёдно подключается к выводам всех обмоток, при этом «звониться» обмотка должна во всех трёх случаях. Если же обнаружен обрыв, то обмотка подлежит замене.

Ремонт генератора

Проверка статора на замыкание на корпус. Для этого так же применятся «прозвонка». Лампу нужно подключить к выводу обмотки, и провод от минуса АКБ на корпус статора. Соответственно если короткого замыкания нет, то лампа не загорится. В случае обнаружения пробоя потребуется заменить статор целиком. Дополнительно стоит осмотреть статор на предмет перегревов и после их обнаружения элемент так же необходимо заменить.
Проверить диодный мост несколько сложнее. Стоит отметить, что в нормальном состоянии диод пропускает напряжение только в одном направлении. А в случае возникшего обрыва прохождение тока будет невозможно. В ситуации, когда при проверке диод пропускает ток в оба направление – это говорит о том, что в нём произошло короткое замыкание. В любом случае, диодный мост нужно менять целиком, т.к. заменить отдельно один диод не всегда возможно, да и добиться заводского качества так же достаточно сложно.
Проверка сопротивления ротора. Осуществлять проверку сопротивления нужно между двумя кольцами. В нормально состоянии оно будет составлять от 4 до 4.5 Ом. Производить измерение можно как аналоговым омметром, так и цифровым мультиметром.

Изучаем популярные схемы стабилизатора напряжения

В первую очередь надо выбрать схему устройства. В глобальной сети много рекомендаций собирать такие блоки на интегральных линейных стабилизаторах 7812 (КР142ЕН8Б).


Схема стабилизатора на 7812 из интернета (явная ошибка – на входе должно быть не менее 14,5 вольта).

Те, кто публикует такие схемы, обращают внимание на их простоту и отсутствие необходимости настройки, совершенно забывая об одной проблеме. Для нормальной работы на таком стабилизаторе должно падать не менее 2,5 вольт – об этом написано в любом даташите

Попросту, для хоть сколько-нибудь эффективной стабилизации на выходе, на входе должно быть не менее 14,5 вольт. В автомобиле с исправным генератором такого напряжения быть не должно, а при более низком значении применять такую схему бессмысленно. В качестве компромисса можно использовать девятивольтовый стабилизатор (LM7809), его работоспособность начнется от 11,5 вольт на входе, но при этом упадет яркость свечения фонарей. По требованиям ГОСТ минимальная сила света должна составлять 400 кд, и ниже этого предела опускаться нельзя.

Еще более бездумными выглядят рекомендации ставить на входе диод.


Схема из сети – микросхема 7812 с диодом на входе.

Его назначение весьма сомнительно – защищать микросхему от обратной полярности при стабильном монтаже не надо. Но на кремниевом p-n переходе дополнительно упадет еще 0,6 вольта, и для нормальной работы понадобится не менее 15 вольт.

Схемы с интегральным линейником на 12 вольт (с диодом или без него) пригодны разве что для среза высоковольтных всплесков по шине +12 вольт (если таковые на самом деле присутствуют). То есть они могут служить своеобразным «барьером Зенера», но такой барьер можно сделать гораздо проще. Надо включить параллельно цепочке светодиодов стабилитрон Uст, немного превышающее рабочее напряжение. В нормальном режиме его сопротивление велико, он не окажет влияния на работу осветительного прибора. При превышении напряжения стабилизации (например, 15 вольт) он откроется и «срежет» излишек.


Подключение стабилитрона параллельно фонарю.

Немного лучше работают стабилизаторы на микросхемах LDO (low drop out). Они выглядят подобно обычным линейным регуляторам, но им для нормальной работы необходимо падение всего в 1,2 вольта, и эффективная стабилизация начнется уже при 13,2 вольтах. Что уже лучше, но все равно недостаточно для нормального функционирования. Для работы в такой схеме подойдут микросхемы LM1084 и LM1085, но схема их включения несколько сложнее.


Схема включения LDO LM1084.

Для получения выходного напряжения 12 вольт сопротивление резистора R1 должно быть 240 Ом, а R2 – 2,2 кОм. Имеется принципиальное препятствие для дальнейшего снижения падения – регулятор выполнен на биполярном транзисторе, и на его эмиттерном и коллекторном переходах должно упасть не менее 1,2 вольт. Это легко обходится применением полевого транзистора в качестве регулирующего элемента. Интегральные микросхемы, построенные по такому принципу, найти сложно, еще сложнее подобрать по нужным параметрам и они стоят дороже. А вот сделать самому такое устройство на дискретных элементах по силам даже радиолюбителю средней квалификации.


Схема линейного регулятора на мощном полевом транзисторе.

Номиналы элементов:

  • R1 — 68 кОм;
  • R2 — 10 кОм;
  • R3 — 1 кОм;
  • R4,R5 — 4,7 кОм;
  • R6 — 25 кОм;
  • VD1 — BZX84C6V2L;
  • VT1 — AO3401;
  • VT2,VT3 — 2N5550.

Выходное напряжение задается соотношением R5/R6. При указанных номиналах на выходе будет 12 вольт, на входе понадобится не более 12,5. Это cерьезное улучшение. Но принципиального скачка можно добиться только применением импульсного источника питания. Такой преобразователь по схеме Step-Up можно собрать на микросхеме XL6009.


Схема импульсника на XL6009.

Такой стабилизатор в готовом виде можно заказать на популярных интернет-площадках. Но есть проблема – производители из экономии часто устанавливают элементы, рассчитанные на ток не более 1 А (хотя микросхема способна выдать ток до 3 А). Или, например, могут быть не установлены входные или выходные оксидные конденсаторы. Даже диод Шоттки  N5824, указанный в даташите, при токах выше 1,5 А начинает греться.  Вместо него надо применить более мощный диод, например SR560. Все эти замены и упрощения ведут к перегреву платы и выходу ее из строя.

Схемы выпрямительных блоков автомобильных генераторов.

В выпрямительных блоках отечественных автомобильных генераторов обычно используются диоды Д104-20, Д104-25, Д104-35, рассчитанные, соответственно на максимально допустимые токи 20, 25, 35 А. В трехфазных генераторах максимальный ток генератора не должен превосходить утроенную величину максимально допустимого тока через диод. Так , если применены диоды, на максимально допустимый ток 20 А, то при использовании выпрямительного моста с шестью такими диодами максимальный ток генератора не может превосходить 60 А. Если требуется генератор на больший ток, то можно использовать выпрямительный блок с диодами на больший максимально допустимый ток или выпрямительный блок с двенадцатью диодами.

Рисунок 8.1 – Схема выпрямительного блока с двенадцатью диодами.

Следует отметить, что удвоения тока генератора при увеличении в два раза числа диодов не происходит, так как ток между двумя параллельными диодами распределяется неравномерно. От выпрямительного блока показанного на рисунке 8.1 с диодами на 20 А можно получить ток 90-100 А. Для того, чтобы обеспечить больший выходной ток генератора можно увеличить количество фаз обмотки статора. Число фаз выбирается нечетным, например 5,7,9 и так далее. При использовании четного числа фаз количество пульсаций выпрямленного напряжения уменьшается в 2 раза по сравнению с нечетным числом фаз, а их амплитуда растет, что отрицательно сказывается на качестве выходного напряжения генератора.

На на спецавтомобилях используется пятифазный генератор с пятифазным основным выпрямительным мостом и трехфазным дополнительным выпрямителем для питания обмотки возбуждения.

Токи в обмотке возбуждения невелики, поэтому использовать пятифазный выпрямитель нецелесообразно. Для питания обмотки возбуждения используется трехфазный выпрямительный мост, подключаемый так, чтобы напряжение на его выходе было максимальным.

В современных генераторах иногда используются трехфазные выпрямительные мосты, имеющие 4 плеча.

Четвертое плечо входом подключается к нейтрали обмотки статора и служит для выпрямления высших гармоник. Дело в том, что в реальном генераторе форма фазного напряжения отличается от синусоиды. Она представляет собой сумму гармоник – первой, частота которой совпадает с частотой фазного напряжения, и высшими, для трехфазных генераторов, главным образом третьей.

Рисунок 8.2 – Схема выпрямительного блока для генератора с пятью фазами и дополнительным выпрямителем.

Рисунок 8.3 – Особенности работы выпрямителя с дополнительным плечом.

Сдвиг 120° между фазами генератора для первой гармоники соответствует сдвигу 360°для третьей гармоники, 720° для шестой гармоники и так далее для гармоник, кратных трем. Поэтому третьи гармоники и гармоники кратные трем разных фаз трехфазного генератора имеют векторы направленные одинаково (Uф1mг и Uф2mг на рисунке 8.3, а). В линейных напряжениях, которые являются векторной суммой двух фазных напряжений, гармоники, кратные трем, уничтожаются (Uл = Uл’).

Рисунок 8.4 – Фазное напряжение в виде суммы синусоид первой и третьей гармоник.

Обычный выпрямитель не выпрямляет третьи гармоники, так как он выпрямляет линейное напряжение.

Для того, чтобы использовать мощность, развиваемую третьей гармоникой, к выпрямителю добавляют дополнительное плечо. Это плечо подключается к нейтральной точке обмотки статора (см. рисунок 5.8, б). Таким образом на вход выпрямительного блока подаются фазные напряжения, в которых содержатся гармоники кратные трем. Поэтому выпрямитель, показанный на рисунке 5.8, б дополнительно выпрямляет гармоники кратные трём. Применение дополнительного плеча увеличивает мощность генератора на 5 – 15 %.

На дорогих автомобилях устанавливается сложная электроника, которая очень чувствительна к перенапряжениям. Для избавления от перенапряжений вместо диодов в выпрямительном блоке применяются стабилитроны, напряжение стабилизации которых в 1,5 раза больше чем напряжение генератора.

Рисунок 8.5 – Схема выпрямительного моста с применением стабилитронов.

Если мгновенное значение напряжения на выходе генератора превзойдет трехкратное номинальное напряжение генератора, то стабилитроны пробьются и подгрузят генератор дополнительным током, что приведет к понижению амплитуды импульса выходного напряжения генератора.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Автомастер Гидрикофф
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector