Стабилитроны.

Стабилитронами называют полупроводниковые диоды, на вольт-амперной характеристике которых имеется участок со слабой зависимостью напряжения от протекающего тока. Напряжение на таком диоде U_сm остаётся практически постоянным при изменении тока в широких пределах от I_сmmin до I_сmmax (рис.1.5, а). Рабочий участок вольт-амперной характеристики стабилитрона выбирают в режиме электрического пробоя p-n перехода, то есть пробой является нормальным режимом работы стабилитрона.

В настоящее время стабилитроны изготавливаются из кремния n-типа, обеспечивающего значительную крутизну характеристики в рабочей области, небольшой ток в предпробойной области, а также высокую допустимую температуру p-n перехода. Германий для изготовления стабилитронов не используют, так как у германиевых p-n переходов значение обратного теплового тока во много раз больше, вероятность развития теплового пробоя существенно выше.

Iпр Uпр - + Iсmmin Iсm Iсmmax Uсm a) б) Iст Uсm Uобр Uсmmax Uсmmin

Рис 1.5 Вольт-амперная характеристика стабилитрона (а) и его условное обозначение (б).

Большим преимуществом полупроводниковых стабилитронов перед другими стабилизаторами напряжения является то, что они могут быть изготовлены на малые напряжения (единицы вольт), а именно такие нужны для питания многих транзисторных устройств. Прецизионные стабилитроны используют в качестве опорных элементов в различных схемах, где необходима высокая точность стабилизации уровня напряжения. Поэтому полупроводниковые стабилитроны называют также опорными диодами.

Параметры стабилитронов.

Возможности стабилитрона характеризуют следующие электрические параметры:

1. U_cm – напряжение стабилизации, являющееся напряжением пробоя, обычно определяется для некоторого среднего значения тока в диапазоне от I_сmmin до I_сmmax и может несколько меняться в этих пределах. Напряжение пробоя стабилитрона, а значит напряжение стабилизации зависит от ширины p-n перехода или от концентрации примесей в базе диода. Поэтому различные стабилитроны имеют напряжение стабилизации от 3 до 400 В.

Низковольтные стабилитроны изготавливают на основе сильнолегированного кремния, p-n переход у них узкий. В связи с этим в низковольтных стабилитронах развивается туннельный пробой, их рабочее напряжение U_сm не превышает 3 – 4 В.

Высоковольтные стабилитроны должны иметь большую ширину p-n перехода, поэтому их делают на основе слаболегированного кремния. Принцип их работы связан с лавинным пробоем, а напряжение стабилизации у них более 7 В. При U_cm от 3 до 7 В работают оба механизма пробоя.

2. I_cmmin – минимальный ток стабилизации, определяет точку на ВАХ, где пробой приобретает устойчивый характер (обычно доли – единицы мА);

3. I_cmmax – максимальный ток стабилизации, определяется допустимой для данного прибора мощностью рассеяния, зависит от толщины p-n перехода и от конструкции прибора (несколько мА – несколько А).

4. r_диф – дифференциальное сопротивление стабилитрона, характеризует качество стабилитрона, то есть его способность стабилизировать напряжение при изменении проходящего тока. Дифференциальное сопротивление определяется отношением приращения напряжения к вызвавшему его приращению тока на рабочем участке (рис. 1.5, а).

Так как для лучшей стабилизации максимальным изменениям тока должны соответствовать минимальные изменения напряжения, то качество стабилитрона тем выше, чем меньше его дифференциальное сопротивление.

Для различных стабилитронов r_диф лежит в пределах от десятых долей Ома (низковольтные) до 100 – 200 Ом (высоковольтные).

Описание лабораторного макета:

Универсальный лабораторный макет для исследования характеристик полупроводниковых диодов выполнен в едином блоке, содержащем стабилизированный выпрямитель, генератор высокочастотных колебаний и мостовую схему для измерения емкости p-n перехода, а также необходимые цепи коммутации.

Макет питается от сети переменного тока напряжением 220 В и частотой 50 Гц.

Исследуемые диоды включаются в гнезда на передней панели прибора (рис. 1.6). На передней панели размещены также измерительные приборы и органы управления:

• вольтметр для измерения напряжений на диоде с пределами измерений 0-10; 0-25; 0-50; 0-100 В

• миллиамперметр для измерения тока диода с пределами измерений 0-0.1; 0-0.5; 0-5; 0-25; 0-100 мА

• переключатель «Род работы» с семью положениями которым подключается один из диодов в измерительную цепь, а также изменяется полярность напряжения, подводимого к диоду;

• ручки потенциометров «Грубо» и «Точно» регулировки напряжения на диоде;

• ручка потенциометра « » со шкалой отсчёта величины измеряемой ёмкости p-n перехода для установки баланса мостовой схемы;

• микроамперметр-индикатор баланса мостовой схемы

• тумблер «Варикап»-«Выкл» включение варикапа в измерительную схему»

• тумблер «Тиристор»-«ТВЧ» подключение тиристора в измерительную схему или генератора высокой частоты в мостовую схему;

• тумблер «Установка 0»-«Измерение», переключающий ламповый вольтметр из режима начальной установки нуля в режим измерения напряжений;

• ручка потенциометра «Установка 0» для установки стрелки шкалы н ноль;

• тумблер «Сеть-выкл» включения лабораторного макета в сеть