1.10 Стабилитрон. Вах стабилитрона. Параметры стабилитрона.

Стабилитрон – это полупроводниковый прибор, напряжение на котором в области электрического пробоя при обратном смещении слабо зависит от тока в заданном его диапазоне. Стабилитрон предназначен для стабилизации напряжения на элементе электрической цепи, подключенном параллельно стабилитрону

По своему устройству стабилитрон соответствует кремниевому диоду с большим содержанием примесей. В стабилитронах при относительно небольших обратных напряжениях развивается электрический пробой (лавинный или туннельный). В этом случае изменение тока через стабилитрон происходит при почти неизменном напряжении на стабилитроне. Если ограничить обратный ток через стабилитрон на уровне , где – максимально допустимый обратный ток через стабилитрон, то тепловой пробой не наступает и стабилитрон может работать в режиме электрического пробоя неограниченное время. На рис 1.13 приведено условное графическое обозначение стабилитрона на схемах электрических принципиальных. Геометрические размеры элементов изображения соответствуют геометрическим размерам элементов изображения диода. Размер d из таблицы 1.

Рис 1.13 Обозначение стабилитрона на принципиальных схемах

Стабилитрон характеризуются следующими основными параметрами:

1. – напряжение стабилизации – напряжение на стабилитроне при некотором постоянном обратном токе и заданной температуре (как правило номинальном токе и комнатной температуре). Напряжение стабилизации у разных марок стабилитронов находится в диапазоне от 3 до 100В (см. рис.1.14);

2. – минимальный ток через стабилитрон (как правило, составляет 0,1÷3 мА). При минимальном токе начинается устойчивый электрический пробой;

– максимальный ток через стабилитрон (как правило, составляет 5÷3000 мА). При максимальном токе гарантировано не наступает тепловой пробой;

3. – дифференциальное сопротивление стабилитрона: . Дифференциальное сопротивление определяется для рабочего участка ВАХ стабилитрона (участка между и ) и составляет 0,5÷200 Ом. Дифференциальное сопротивление – это параметр, характеризующий наклон рабочего участка его ВАХ.

Рис.1.14 Примерный вид ВАХ стабилитрона

Для выбранного участка ВАХ (рис.1.15,а) можно определить динамическое сопротивление: Rдин. = , которое по сути близко к дифференциальному сопротивлению стабилитрона.

Дифференциальное сопротивление стабилитрона зависит от тока, проходящего через стабилитрон. Примерный вид зависимости приведен на рис.1.15,б. Дифференциальное сопротивление максимально при минимальном токе через стабилитрон и снижается по мере роста тока через стабилитрон.

Рис 1.15 Динамическое сопротивление стабилитрона (а) и зависимость динамического сопротивления от тока через стабилитрон (б).

4. – температурный коэффициент напряжения стабилизации:

температурный коэффициент напряжения (ТКН) стабилизации определяется по выражению:

%; где - относительное приращение напряжения стабилизации, вызванное приращением температуры. ТКН численно равен относительному приращению напряжения стабилизации при изменении температуры на 1 градус Цельсия или 1 Кельвин. ТКН может быть как положительным, так и отрицательным и зависит от величины напряжения стабилизации. Примерный вид зависимости ТКН (или TKU) от напряжения стабилизации приведен на рис.1.16. (TKU в %)

Рис 1.16 Примерный вид зависимости ТКН (или TKU) от напряжения стабилизации

Уменьшить температурную зависимость напряжения стабилизации можно за счет последовательного включения стабилитрона и диода встречно друг другу т.е. катод одного прибора соединяется с катодом другого. При этом в рабочем режиме используется обратная ветвь ВАХ стабилитрона и прямая ветвь ВАХ диода. Уменьшить температурную зависимость напряжения стабилизации можно и за счет последовательного включения двух стабилитронов согласно друг другу т.е. катод одного прибора соединяется с анодом другого. При этом в рабочем режиме используются обратные ветви ВАХ стабилитронов. Как в первом, так и во втором случаях используют приборы (стабилитрон и диод или два стабилитрона), имеющие близкие по абсолютному значению, но противоположные по знаку ТКН. При изменении температуры происходит рост напряжения на одном из приборов и снижение напряжения (на ту же величину) на другом приборе, т.е. происходит взаимная компенсация приращений напряжения и общее напряжение на двух приборах не меняется.

По такому же принципу выполняют прецизионные стабилитроны, где температурная компенсация (уменьшение ТКН) достигается за счет выполнения на одном кристалле полупроводника двух (и более) p-n-переходов (двух стабилитронов) с равными, но противоположными по знаку ТКН.

Двустороннюю стабилизацию напряжения выполнить за счет последовательного включения двух стабилитронов встречно друг другу. При этом ВАХ таких стабилитронов имеет два участка стабилизации, расположенных в первом и третьем квадрантах.