Как проверить стабилитрон: режим диода на мультиметре, напряжение стабилизации через резистор и проверка на плате
· Интермера
Чтобы проверить стабилитрон, обесточьте схему, разрядите конденсаторы и включите мультиметр в режим проверки диодов. Исправный стабилитрон в прямом направлении показывает 0,5–0,8 В, как обычный кремниевый диод, а в обратном — OL. Одинаково малое значение в обе стороны означает пробой, OL в обе стороны — обрыв или двуханодный стабилитрон. Напряжение стабилизации так не увидеть: его измеряют, подав на стабилитрон обратное напряжение от регулируемого источника через резистор, который ограничивает ток.
Ниже — чем стабилитрон отличается от обычного диода, какие параметры паспорта нужны для проверки, как читать показания мультиметра, как рассчитать резистор и измерить напряжение стабилизации, как проверить стабилитрон на плате и почему он выходит из строя.
Что такое стабилитрон и почему его проверяют иначе, чем диод
Полупроводниковый стабилитрон — это диод, который работает при обратном смещении в режиме пробоя. Пока обратное напряжение ниже порога, через него текут лишь незначительные токи утечки. При пробое ток резко растёт, дифференциальное сопротивление падает до значений от долей ома до сотен ом, и напряжение на стабилитроне держится почти постоянным в широком диапазоне токов. Серийные стабилитроны выпускают на напряжения от 1,8 до 400 В.
Выводы называют так же, как у диода: катод — вывод, в который втекает обратный ток, анод — вывод, из которого ток пробоя вытекает. Двуханодный, или двусторонний, стабилитрон — это два стабилитрона, включённых последовательно во встречных направлениях; он работает при любой полярности. Ограничительные диоды, или супрессоры, — особый подкласс стабилитронов для защиты от перенапряжений. А стабисторы стабилитронами не считаются: они работают на прямом токе.
Отсюда главное для проверки. В прямом направлении стабилитрон ведёт себя как обычный кремниевый диод, и мультиметр проверит его переход. Но работает стабилитрон в обратном направлении, и его главный параметр — напряжение пробоя — тестер в режиме диода показать не может.
Паспорт: с чем сравнивать результат
Прежде чем мерить, найдите параметры стабилитрона в справочнике или документации. Нужны напряжение стабилизации с допуском, диапазон рабочих токов и мощность.
| Параметр | Что означает | Пример |
|---|---|---|
| Напряжение стабилизации Uст | Напряжение на стабилитроне в режиме пробоя при номинальном токе; распространённые допуски — 5 и 10 % | 2С133В — 3,3 В при 5 мА |
| Минимальный ток стабилизации Iст.мин | Ниже него напряжение выходит из паспортной точности; у обычных стабилитронов — единицы миллиампер | 2С133В — 1 мА |
| Номинальный ток Iст | Ток, при котором измеряют паспортные характеристики; обычно 25–35 % от максимального | BZX79C5V6 — рекомендуемый ток 5 мА |
| Максимальный ток Iст.макс | Выше него стабилитрон разрушается; зависит от температуры | 2С133В — 37,5 мА до +35 °C и 15 мА при +125 °C |
| Максимальная мощность Pмакс | Произведение напряжения на ток не должно её превышать | BZX79C5V6 — 0,5 Вт |
| Дифференциальное сопротивление | Насколько меняется напряжение при изменении тока; при малом токе оно больше | 2С133В — 680 Ом при 1 мА, не более 150 Ом при 5 мА |
Напряжение стабилизации зависит и от температуры. У стабилитронов с туннельным пробоем (низковольтных) температурный коэффициент отрицательный, от −0,05 до −0,1 % на градус, у лавинных — положительный, от 0,05 до 0,10 % на градус. При нагреве с +25 до +125 °C напряжение сдвигается на 5–10 %. У 2С133В при токе 5 мА разброс напряжения — 3,1…3,8 В при −60 °C и 2,8…3,5 В при +125 °C. Поэтому на практике мерить стоит быстро и при комнатной температуре, не давая детали нагреться.
Шаг 1. Мультиметр в режиме проверки диодов
Порядок тот же, что у обычного диода, — он подробно разобран в статье о том, как пользоваться мультиметром:
- Выключите питание и разрядите конденсаторы. Для однозначного результата выпаяйте хотя бы один вывод стабилитрона.
- Поставьте переключатель на →|.
- Красный щуп — на анод, чёрный — на катод. Запишите показание.
- Поменяйте щупы местами и запишите показание снова.
| Прямое направление | Обратное направление | Вывод |
|---|---|---|
| 0,5–0,8 В | OL | Переход цел; напряжение стабилизации нужно проверить отдельно |
| Одинаково малое значение | Одинаково малое значение | Пробой — стабилитрон замкнут |
| OL | OL | Обрыв или двуханодный стабилитрон |
Число в прямом направлении — это прямое падение напряжения на переходе. У кремниевых диодов с p-n-переходом оно около 0,6 В при малом токе, у германиевых и диодов Шоттки меньше; таблица прямых падений есть в статье о схеме диодного моста.
OL в обратном направлении значит только одно: напряжения тестера не хватило, чтобы пробить стабилитрон. Узнать, на сколько вольт рассчитана деталь и держит ли она это напряжение, так нельзя. А двуханодный стабилитрон в режиме →| покажет OL в обе стороны: в любом направлении один из двух переходов заперт и не пробит. Не принимайте его за оборванный — сначала проверьте, какой стабилитрон стоит по схеме.
Шаг 2. Напряжение стабилизации: источник и балластный резистор
Чтобы измерить напряжение стабилизации, соберите простейший параметрический стабилизатор. Плюс регулируемого источника — через резистор на катод стабилитрона, анод — на минус. Мультиметр в режиме постоянного напряжения подключите параллельно стабилитрону. Резистор называют балластным: на нём падает разница между напряжением источника и напряжением стабилизации, и он задаёт ток.
Сопротивление резистора — наш расчёт по закону Ома: R = (Uпит − Uст) / I. Например, источник 12 В, стабилитрон 5,6 В, ток 5 мА: R = 6,4 В / 0,005 А = 1 280 Ом, ближайший больший номинал ряда E24 — 1,3 кОм. Ток при этом чуть меньше 5 мА, а мощность на стабилитроне — около 28 мВт, далеко от паспортных 0,5 Вт. Калькулятор в начале статьи делает этот расчёт для любых значений.
- Выставьте на источнике напряжение ниже ожидаемого напряжения стабилизации и подключите схему.
- Плавно поднимайте напряжение источника до расчётного, следя за мультиметром.
- Пока стабилитрон не пробит, напряжение на нём растёт вслед за источником. После пробоя оно почти перестаёт расти — это и есть напряжение стабилизации.
- Сравните результат с паспортом: исправный стабилитрон укладывается в допуск, обычно 5 или 10 % от номинала.
Ток держите между минимальным и максимальным током стабилизации. Если тока мало, напряжение окажется ниже номинального, и исправный стабилитрон можно принять за неисправный. Ток больше максимального, напротив, разрушит деталь. Поэтому обратное напряжение на стабилитрон подают только через резистор или с ограничением тока.
Удобнее всего проверять от лабораторного источника: в режиме CC он не даст току превысить уставку, даже если вы ошиблись с резистором или стабилитрон оказался пробит. Как работают режимы CV и CC, рассказано в статье о лабораторном блоке питания. У источников питания Keysight серии E36300 по три канала: 6 В и два по 25 В. По нашей оценке, канала 25 В хватит для стабилитронов примерно до 24 В; для высоковольтных стабилитронов и супрессоров нужен источник на большее напряжение.
Как проверить стабилитрон на плате
Самый информативный способ без выпаивания — измерить напряжение на стабилитроне в работающей схеме. Щупы — в гнёздах COM и V, режим постоянного напряжения, плата под питанием; касайтесь только выводов стабилитрона. Дальше — наш вывод из того, как устроен параметрический стабилизатор:
- напряжение близко к номиналу — стабилитрон работает;
- почти 0 В — стабилитрон пробит или на схему не приходит питание;
- заметно выше номинала — обрыв стабилитрона или непропай вывода;
- немного ниже номинала — возможно, мал ток: балластный резистор ушёл вверх по сопротивлению или нагрузка забирает слишком много.
Проверка в режиме диода на обесточенной плате менее надёжна: параллельно стабилитрону стоят резисторы, конденсаторы и другие детали, и мультиметр покажет их общий результат. Если показания сомнительные, выпаяйте один вывод и повторите шаги 1 и 2.
Почему стабилитрон выходит из строя
Главная причина — превышение допустимых нагрузок. Одновременно должны соблюдаться ограничения по постоянному и импульсному току, мощности и температуре перехода: +150 °C для корпуса SOT-23, +175 °C для DO-35, +200 °C для DO-41. Паспортная мощность к тому же рассчитана не на любую температуру. У маломощного стабилитрона серии NZX тепловое сопротивление переход — воздух — 380 °C/Вт, и при +50 °C вокруг допустимая мощность по расчёту около 330 мВт — в полтора раза меньше паспортных 500 мВт.
Как стабилитрон отказывает:
- Короткое замыкание — от перегрузки или от медленной диффузии примеси в переходе. В режиме диода — одинаково малое значение в обе стороны.
- Трещина кристалла у силовых стабилитронов с пружинным креплением вывода — замыкание, которое то появляется, то пропадает, или стабильное снижение напряжения стабилизации.
- Старение — дрейф тока, напряжения и дифференциального сопротивления; дрейф во влажной среде говорит о негерметичном корпусе, а рост сопротивления с шумом — о плохом контакте кристалла с выводами.
Если стабилитрон в стабилизаторе пробит, проверьте и балластный резистор: при замыкании на нём выделяется вся мощность от напряжения источника, и резистор с малым запасом по мощности тоже может сгореть.
Сводная таблица способов проверки
| Способ | Что показывает | Чего не видит |
|---|---|---|
| Режим диода →| | Целость перехода, пробой, обрыв | Напряжение стабилизации, частичную деградацию |
| Источник и балластный резистор | Напряжение стабилизации при заданном токе, соответствие допуску | Поведение при нагреве и больших токах, если их не проверять отдельно |
| Напряжение на плате под питанием | Работает ли стабилитрон в своей схеме | Причину отклонения: стабилитрон, резистор или нагрузку |
Итог
- В режиме диода исправный стабилитрон показывает 0,5–0,8 В в прямом направлении и OL в обратном; так проверяют только переход.
- Одинаково малое значение в обе стороны — пробой, OL в обе стороны — обрыв или двуханодный стабилитрон.
- Напряжение стабилизации измеряют от регулируемого источника через балластный резистор R = (Uпит − Uст) / I при токе от минимального до максимального.
- Исправный стабилитрон держит напряжение почти постоянным и укладывается в допуск паспорта.
- На плате информативнее всего напряжение на стабилитроне в работающей схеме.
Частые вопросы о проверке стабилитрона
Как понять, что стабилитрон вышел из строя?
Проверьте его в режиме диода: одинаково малое значение в обе стороны означает пробой, OL в обе стороны — обрыв, если стабилитрон не двуханодный. Если переход цел, измерьте напряжение стабилизации через резистор: выход за допуск паспорта тоже признак неисправности.
Как подобрать резистор для проверки стабилитрона?
Вычтите напряжение стабилизации из напряжения источника и разделите на ток проверки: R = (Uпит − Uст) / I. Ток берут из паспорта — номинальный, у маломощных стабилитронов часто 5 мА. Резистор выбирают ближайшего большего номинала и с запасом по мощности на случай пробоя.
Можно ли проверить стабилитрон, не выпаивая его?
Можно, но с оговорками. Надёжнее всего измерить напряжение на стабилитроне в работающей схеме: близко к номиналу — исправен, почти ноль — пробой или нет питания. В режиме диода на обесточенной плате мешают параллельные цепи, поэтому при сомнительном результате один вывод выпаивают.
Почему стабилитрон показывает OL в обе стороны?
Либо он оборван, либо он двуханодный: такой прибор состоит из двух стабилитронов, включённых встречно, и в любом направлении один из переходов заперт. Если по схеме стабилитрон обычный, OL в обе стороны означает обрыв, и деталь меняют.
Чем стабилитрон отличается от обычного диода?
Стабилитрон рассчитан на работу в режиме обратного пробоя: после пробоя напряжение на нём почти не меняется в широком диапазоне токов. Обычный диод при пробое без ограничения тока перегревается и выходит из строя, а в прямом направлении стабилитрон проводит ток, как обычный кремниевый диод.