POLITECHNIKA 

RZESZOWSKA 

  Katedra Podstaw Elektroniki 2012-03-03 

 

1

DIODY cz.2  

DIODY STABILIZACYJNE I STABILIZATORY  

 

Celem ćwiczenia jest wykonanie pomiarów charakterystyk statycznych  diod stabilizacyjnych 

oraz   prostych układów stabilizatorów. 
 

A) Zagadnienia do samodzielnego opracowania przed zajęciami 

 

  Zapoznać się z teoretycznymi podstawami działania i danymi katalogowymi diod 

stabilizacyjnych. 

  Przygotować i przeanalizować schematy pomiarowe. 

  Zaprojektować w sposób ogólny stabilizator parametryczny ( Rys.1) i kompensacyjny w 

układzie wtórnika z tranzystorem BJT (Rys.2) o zadanych parametrach (przygotować wzory tak, 
aby można było szybko wstawić wartości liczbowe i uzyskać końcowe wyniki). 

  Określić maksymalne dopuszczalne bezpieczne zakresy pomiarowe. 

  Zaproponować układ pomiarowy i metodę doświadczalnego wyznaczenia h

21E

 tranzystora BJT. 

 

B) Pomiary 

 

Uwagi  wstępne: 

  Zapoznać się z parametrami katalogowymi badanych diod. 
  Podczas pomiarów nie przekraczać wartości  parametrów dopuszczalnych elementów. 

  Każda charakterystyka powinna zawierać około 10 pkt. pomiarowych. 

  Pomiary wykonać w możliwie dużym, ale bezpiecznym zakresie zmian  prądów i napięć. 

 

1.  Zmierzyć charakterystyki I

F

=f(U

F

) oraz I

R

=f(U

R

). Zwrócić szczególną uwagę na pomiar 

charakterystyki w kierunku zaporowym uwzględniając zakres blokowania i przebicia Zenera.  

2.  Dla stabilizatora parametrycznego należy sprawdzić teoretycznie czy, zgodnie z założeniami 

projektowymi w zakładanych zakresach zmian napięcia wejściowego i prądu obciążenia, 
stabilizator będzie pracował  poprawnie, a elementy nie ulegną uszkodzeniu. Jeśli nie – poprawić 
projekt. Ustalić maksymalne i minimalne wartości regulacyjne w układzie. 

3.  Zmontować układ stabilizatora parametrycznego (Rys.1) z diodą mierzoną w pkt. 1 oraz 

odpowiednio dobranym rezystorem R. Jako rezystor R

O

 zastosować rezystor dekadowy. Zwrócić 

uwagę na maksymalne wartości prądu poszczególnych dekad. 

4.  Zmierzyć  charakterystyki przejściowe  U

WY

=f(U

WE

)

RL=const

 stabilizatora dla stanu jałowego 

i prądu równego około  połowy jego wartości przyjętej w obliczeniach wstępnych dla warunków 
znamionowych. 

5.  Zmierzyć  charakterystyki wyjściowe stabilizatora U

WY

=f(I

WY

) tzn. napięcie wyjściowe w 

funkcji prądu obciążenia w takim zakresie, aby z pomiarów można było obliczyć dynamiczne 
rezystancje wyjściowe dla prądów obciążenia: małego (rzędu kilku miliamperów), średniego 
i zbliżonego do maksymalnego. Charakterystyki: zmierzyć przy minimalnym, średnim 
i maksymalnym założonym napięciu wejściowym. 

6.  Wyznaczyć doświadczalnie wartość parametru h

21E

 zastosowanego tranzystora BJT. 

7.  Zrealizować pomiary według pkt.2-5 dla stabilizatora kompensacyjnego (Rys.2). 

 

 
Rys.1 Układ stabilizatora parametrycznego 
 

POLITECHNIKA 

RZESZOWSKA 

  Katedra Podstaw Elektroniki 2012-03-03 

 

2

 

Rys.2 Układ stabilizatora kompensacyjnego wtórnikowego. 

 

C) Opracowanie i analiza wyników

 

 

1.  Narysować zmierzone charakterystyki diod w kierunku przewodzenia na jednym wykresie. 

Punkty pomiarowe powinny być widoczne na charakterystykach. 

2.  Dla badanych diod wyznaczyć: rezystancję szeregową  R

S

, prąd I

0

 oraz współczynnik złącza 



 

dla kierunku przewodzenia. 

3.  Dla trzech wartości prądu I

F

 dla każdej z diod wyznaczyć  rezystancję różniczkową r

r

 

 U

F

/

I

F

. 

4.  Narysować na jednym wykresie zmierzone charakterystyki diod w kierunku zaporowym. 

Wyznaczyć rezystancję różniczkową  r

z

 

 U

z

/

I

z

, w co najmniej trzech punktach w zakresie 

stabilizacji. Porównać obliczone parametry diod z danymi katalogowymi. 

5.  Wykreślić i dokonać analizy wszystkich zmierzonych  charakterystyk dla stabilizatora 

parametrycznego i kompensacyjnego. 

6.  Wyznaczyć dynamiczne rezystancje wyjściowe, współczynniki stabilizacji napięciowej 

badanych układów w kilku wybranych punktach. 

7.  W sprawozdaniu umieścić własne wnioski i spostrzeżenia. 

 

D) Dodatek  

 

1. Przebicie złącza p-n

 

w diodach stabilizacyjnych

 

 

Przebicie złącza p-n objawia się gwałtownym wzrostem prądu przy polaryzacji złącza w 

kierunku zaporowym napięciem większym niż pewna charakterystyczna dla danego złącza wartość, 
nazywana napięciem przebicia. Istnieją dwie  przyczyny tego zjawiska: 
a) przebicie Zenera – zachodzi w złączach silnie domieszkowanych (koncentracje domieszek 
>10

19

/cm

–3

). Złącze ma małą szerokość, poziom Fermiego leży powyżej E

C

 lub poniżej E

V

 – pasmo 

walencyjne po stronie p

+

 oraz pasmo przewodnictwa po stronie n

+

 znajdują się częściowo 

"naprzeciwko siebie". Płynie prąd tunelowania nośników lub prąd Zenera, elektron przy przejściu 
tunelowym nie zmienia energii. W stanie równowagi sumaryczny prąd płynący przez złącze p

+

 – n

+

 

powinien być równy zeru. Pojawia się druga składowa prądu – tzw. prąd Esakiego I

E

. Przy 

polaryzacji w kierunku zaporowym przeważa składowa Zenera. 

Dla zjawiska Zenera charakterystyczna jest mała wartość napięcia przebicia, U

pZ

 < 4E

g

/q,  

w przypadku złącza krzemowego oznacza to U

pZ

 < 5V. 

b) Przebicie lawinowe – polega na jonizacji atomów w sieci krystalicznej wskutek dostarczenia 
energii przez swobodny nośnik ładunku, rozpędzony w silnym polu elektrycznym. Jeżeli szerokość 
warstwy zaporowej jest znacznie większa niż  średnia droga swobodna, to można mówić o 
lawinowym powielaniu liczby nośników. 

Dla zjawiska przebicia lawinowego charakterystyczna jest wartość napięcia przebicia, 

U

pZ

 > 4E

g

/q, w przypadku złącza krzemowego oznacza to U

pZ

 > 7V. 

POLITECHNIKA 

RZESZOWSKA 

  Katedra Podstaw Elektroniki 2012-03-03 

 

3

 

I

Z

 

U

D

+U(<0) 

q(U

D

+U)

p+ 

n+ 

qU 

+ 

− 

E

Fp

 

E

Fn

 

Elektron 

inicjujący 

powielanie

lawinowe 

d 

n 

p 

 (U

D

+U)  

+ 

a) 

b) 

− 

 d 

 

Rys. 1. a) Model pasmowy złącza silnie domieszkowanego przy polaryzacji zaporowej – dominuje 
składowa prądu Zenera I

Z

. b) Mechanizm powielania lawinowego nośników w warstwie zaporowej złącza 

p-n spolaryzowanego zaporowo. 

 

Przebicie Zenera i lawinowe nie powodują bezpośredniego uszkodzenia złącza, jeśli w 

obwodzie zewnętrznym jest odpowiednie ograniczenie prądu, to złącze dowolnie długo może 
pracować w zakresie przebicia. 

 

2. Dioda w układzie stabilizacji napięcia 

 

Do najważniejszych parametrów charakterystycznych diod stabilizacyjnych zalicza się: 

– prądy i napięcia w kierunku przewodzenia i zaporowym przed przebiciem – jak dla diody 

prostowniczej, 

– napięcie stabilizacji U

Z

 zwykle przy I=0.1I

Zmax

 i rozrzut jego wartości dla określonego typu 

diody, 

– temperaturowy  współczynnik zmian napięcia stabilizacji 

 (bezwzględny, wyrażony w 1/

o

C 

lub %/

o

C), 

– parametr dynamiczny – rezystancja dynamiczna w zakresie zaporowym, r

Z

 = 

U

Z

/

I

Z

 

(przyrostowo), 

– prąd wsteczny I

R

 przy określonym napięciu wstecznym U

R

 (zwykle przy U

R

 = 1V). 

Najważniejsze parametry dopuszczalne to: 

– maksymalny  prąd przewodzenia I

Fmax

 (w stab. dużej mocy dopuszczalny szczytowy prąd 

przewodzenia I

FMmax

), 

– 

maksymalny dopuszczalny prąd stabilizacji najczęściej wyznaczany z zależności: 

I

Zmax

 = P

TOT

/U

Z

, 

– maksymalna temperatura złącza T

Jmax

 (zwykle 150

o

C), 

– maksymalna moc strat P

max

 podawana dla T

a

= 25

o

C.   

 

3. Stabilizator parametryczny 

 

Poprawę jakości działania prostownika uzyskuje się w układzie, w którym równolegle do 

obciążenia dołącza się diodę stabilizacyjną. Zmiany napięcia wyjściowego pod wpływem zmian 
prądu obciążenia będą tym mniejsze im bardziej stromo przebiega jej charakterystyka, czyli im 
mniejszy jest stosunek 

U/I. Definiuje on rezystancję dynamiczną diody:  

 

 

 

r

Z

 = 

U

Z

/

I

Z

. 

Przykład zastosowania diody stabilizacyjnej w stabilizatorze parametrycznym napięcia przedstawia 
rys. 2. 

POLITECHNIKA 

RZESZOWSKA 

  Katedra Podstaw Elektroniki 2012-03-03 

 

4

 

R

L

 

U

Z

~220V 

C

+ 

– 

U

1

 

R

1

 

I

R1

I

Z

I

R

T 

t 

e

g

 

U

m

>>Uz 

t

2

 

t 

u

R

t

1 

U

l

U

l

I

F

 

I

R

 

U

F

 

I

0

 

U

F

(I

0

) 

Typowy zakres  pracy 
diody stabilizacyjnej 

U

R

 

U

Z

 

 

Rys. 2. Prostownik z równoległym parametrycznym stabilizatorem napięcia (z diodą Zenera). 

 

Podstawowym zadaniem każdego stabilizatora jest uniezależnienie napięcia na obciążeniu od 

zmian napięcia wejściowego oraz zmian rezystancji obciążenia R

L

. Zmiany R

L

 powodują zmiany 

prądu obciążenia, a te z kolei wywołują określone spadki napięcia na R

1

 oraz na rezystancji 

prostownika. W rezultacie napięcie na obciążeniu ulega zmianie. Rezystor R

1

 należy zastosować w 

celu ograniczenia prądu płynącego przez diodę do wartości dopuszczalnej dla danego egzemplarza 
– przebicie nie jest zjawiskiem niszczącym, o ile zapewni się:  I

Z

 < P

TOT

/U

Z

. 

Przez R

1

 płynie prąd będący sumą prądu diody Zenera oraz prądu obciążenia. Z prawa Kirchoffa: 

 

 

 

U

RL

 = U

1

 – R

1

(I

RL

 + I

Z

). 

Jeżeli zmienia się wartość U

1

 o np. 

U

1

 to, aby napięcie na obciążeniu pozostało stałe, musi zajść: 

U

1

 – R

1

(

I

Z

) = 0. 

Jeśli natomiast zmieniać się będzie prąd obciążenia I

RL

 o wartość 

I

RL

 to, aby U

RL

 pozostało stałe: 

I

RL 

= – 

I

Z

. 

Proces stabilizacji U

RL

 przy zmianach napięcia U

1

 można przedstawić schematycznie: 

U

1

 

 o U

1

 

 U

RL

 

 o U

RL

 

 I

1

 = (I

DZ

 + I

RL

) 

  U

R1

 

 U

RL

’< 

U

RL

 

 

Dioda musi pracować poprawnie w całym zakładanym zakresie obciążeń i napięć wejściowych. 

Największy prąd przez diodę popłynie przy rozwarciu na wyjściu i maksymalnym napięciu 
wejściowym. Nie może przekroczyć wartości dopuszczalnego prądu diody wynikającego z 
dopuszczalnej mocy traconej. Minimalny prąd przez diodę popłynie przy maksymalnym obciążeniu 
na wyjściu i minimalnym napięciu wejściowym. Prąd w tych warunkach nie może być mniejszy niż 
prąd gwarantujący poprawną pracę diody (stabilizację). Często przyjmuje się I

Zmin

 = 0,1·I

zmax

. 

 

4. Temperaturowy współczynnik napięcia stabilizacji 

 

Cenną właściwością diod o U

Z

 = 5 – 7V jest zerowy dryf napięcia stabilizacji pod wpływem 

temperatury (rys. 3.). Wynika to ze współistnienia mechanizmu przewodnictwa Zenera i  
lawinowego. 

POLITECHNIKA 

RZESZOWSKA 

  Katedra Podstaw Elektroniki 2012-03-03 

 

5

dT

dU

U

Z

Z

1





   

 

U

Z

 [V]

·10

−4

/K

10

5

-5

-10

5

10

15

20

 

 

Rys. 3. Zależność 

=f(U

Z

) oraz zmiany punktu pracy w funkcji zmian temperatury. 

 

Stabilizatory skompensowane posiadają we wspólnej obudowie diodę o napięciu U

Z

 > 6V 

(gdzie dominującą rolę odgrywa przebicie lawinowe), połączoną szeregowo ze złączem pracującym 
w kierunku przewodzenia. Dodatni współczynnik 

 diody o przebiciu lawinowym kompensowany 

jest przez ujemny dryft temperaturowy diody pracującej w kierunku przewodzenia (ok. –2mV/

o

C). 

W ten sposób można uzyskiwać diody o 

 < 10

–5

/

o

C, przy napięciach stabilizacji powyżej 6,2V. 

Rezystancja dynamiczna silnie zależy od wartości napięcia stabilizacji (rodzaju diody) i prądu 
stabilizacji (punktu pracy). Wyraźne minimum rezystancji dynamicznej dla napięć ~6..8V. Do 
stabilizacji napięć poniżej 3V stosuje się diody krzemowe dyfuzyjne pracujące w stanie 
przewodzenia. Charakteryzują się one dość gwałtownym wzrostem prądu dla napięcia polaryzacji 
przekraczającego wartość napięcia progowego. Napięcie stabilizacji jest równe napięciu 
progowemu, czyli wynosi 0,75V dla pojedynczego złącza co umożliwia uzyskanie napięć 
stabilizacji 1,5 oraz 2,2V. Polskie diody tego typu maja oznaczenie BAP 814-816.