Проверка стабилитрона мультиметром¶

Стабилитрон — это полупроводниковый прибор (кремниевый или германиевый диод), работающий в режиме обратного пробоя и предназначенный для стабилизации напряжения. Основная характеристика стабилитрона — номинальный стабилизирующий ток I_ст и напряжение стабилизации U_ст, которое остаётся практически постоянным в широком диапазоне токов нагрузки. Проверка стабилитрона сводится к трём задачам: определить исправность p-n-перехода (отсутствие обрыва и короткого замыкания), измерить напряжение стабилизации и оценить утечку в обратном направлении.

¶Принцип работы и обозначения

Стабилитрон имеет два вывода: анод и катод. На корпусе цилиндрических маломощных стабилитронов серии Д814, Д815, КС серий катод маркируется цветной полосой (чаще всего белой, зелёной или жёлтой). На принципиальных схемах катод обозначается полосой на конце символа диода. В отличие от обычного выпрямительного диода, стабилитрон подключается в схеме обратной полярностью: катод к плюсу источника, анод к минусу. Именно в этом режиме при превышении обратного напряжения пробоя происходит резкий рост тока, а падение на приборе остаётся фиксированным.

¶Необходимое оборудование

Для проверки потребуются:

• мультиметр с режимом измерения диодов (прозвонка) и режимом постоянного напряжения;
• источник постоянного напряжения (лабораторный блок питания, батарейка или несколько батареек), напряжение которого должно превышать номинальное U_ст стабилитрона;
• резистор 0,5–2 кОм для ограничения тока в измерительной схеме.

¶Проверка исправности p-n-перехода

Первый этап — обычная прозвонка мультиметром в режиме «диод». Красный щуп (плюс) подключается к аноду, чёрный (минус) — к катоду. В этом прямом направлении мультиметр должен показать падение напряжения около 0,5–0,7 В для кремниевых приборов, как у обычного диода. Если прибор показывает «обрыв» (OL) в прямом направлении, стабилитрон неисправен — p-n-переход разрушен.

При переполюсовке щупов (прямое направление) исправный стабилитрон в большинстве случаев показывает «обрыв» — обратный ток утечки настолько мал, что мультиметр его не фиксирует. Однако это не является достаточным критерием исправности: пробитый коротким замыканием стабилитрон также может показать близкое к нулю сопротивление в обоих направлениях. Поэтому после прозвонки обязательно выполняется функциональная проверка.

¶Измерение напряжения стабилизации

Наиболее информативный способ — собрать простейшую схему стабилизатора: источник напряжения, резистор-ограничитель и стабилитрон, включённый обратной полярностью (катод к плюсу). Номинал резистора рассчитывается по формуле R = (U_ист − U_ст) / I_ст, где I_ст — номинальный ток стабилизации из справочника (обычно 5–20 мА для серий Д814, КС133, КС156 и т. п.).

Мультиметр переводится в режим измерения постоянного напряжения с пределом 20 В (или 200 В для высоковольтных стабилитронов). Щупы подключаются параллельно стабилитрону: красный к катоду, чёрный к аноду. Измеренное напряжение должно соответствовать номинальному U_ст в пределах допуска, указанного в документации (обычно ±5–10 %). Если напряжение существенно отличается от номинала или равно нулю, прибор неисправен.

Для проверки стабилитрона на разных токах можно изменять выходное напряжение источника или подбирать резистор. Хороший стабилитрон сохраняет напряжение стабилизации практически неизменным при изменении тока в 2–3 раза. Если измеренное напряжение «плывёт» вместе с током, прибор деградировал.

¶Проверка высоковольтных и прецизионных стабилитронов

Для приборов с U_ст выше 15–20 В (серии Д817, КС522 и подобные) необходим источник с запасом по напряжению. Некоторые прецизионные стабилитроны (типа LM385, ADR) имеют два вывода и подключаются как обычные диоды, но требуют точного задания тока резистором от опорного источника. Для двухвыводных прецизионных стабилитронов проверка выполняется по той же методике, но с обязательным контролем тока нагрузки по амперметру, включённому последовательно.

¶Типичные неисправности

¶Меры предосторожности

При проверке мощных стабилитронов (Д815, Д817, 1N5349 и аналоги) необходимо учитывать рассеиваемую мощность. Длительная работа при токе, превышающем номинальный, приводит к перегреву и выходу прибора из строя. Резистор-ограничитель следует рассчитывать с запасом по мощности не менее чем в два раза. Для прецизионных стабилитронов с малым током (1–2 мА) измерительная схема собирается на отдельном источнике, а не на встроенном источнике мультиметра, так как последний не способен обеспечить необходимое напряжение пробоя.

¶Источники

• Даташиты на стабилитроны серий Д814, Д815, КС133, КС156, 1N4733–1N4764
• Справочник «Полупроводниковые приборы», под ред. В. С. Панкратова
• Руководство по эксплуатации лабораторных блоков питания и мультиметров