3.6.4 Напівпровідникові стабілітрони

Рис.3.8. ВАХ напівпровідникового стабілітрона

Напівпровідникові діоди, що працюють за зворотної напруги в режимі пробою і використовуються як джерело опорної напруги, називають напівпровідниковими стабілітронами. Вони є основним регулювальним елементом у стабілізаторах напруги для живлення радіоелектронних пристроїв (розд.10). Це забезпечується особливістю ВАХ (рис. 3.8), де є ділянка з високою крутістю, на якій напруга на діоді (напруга пробою) майже не змінюється при зміні струму через діод в заданих межах.

У радіоелектронній апаратурі використовують стабілітрони загального призначення, прецизійні, імпульсні, двоанодні та стабістори.

Стабілітрони загального призначення використовують у схемах стабілізаторів джерел живлення, обмежувачів, фіксаторів рівня напруги тощо.

Прецизійні стабілітрони застосовують як джерело опорної напруги з високою точністю стабілізації та термокомпенсації рівня напруги. Імпульсні стабілітрони використовують для стабілізації постійної та імпульсної напруги й обмеження амплітуди імпульсів напруги малої тривалості, а двоанодні – у схемах стабілізаторів, обмежувачів напруги різної полярності, а також у схемах двостороннього обмеження напруги як опорний елемент з термокомпенсованою напругою і т. ін.

Стабістори – це НД з високою крутістю ВАХ за прямого вмикання призначені для стабілізації малих напруг (постійних, імпульсних). Їх використовують як термокомпенсуючі елементи для підтримки заданого рівня напруги в схемі під час зміни температури навколишнього середовища.

Принцип роботи більшості стабілітронів, за винятком стабісторів, ґрунтується на використанні електричного пробою в p-n‑переході при подачі зворотної напруги (розд. 2.10).

Якщо концентрація домішок в базі діода відносно мала, відбувається лавинний пробій. Це використовується для побудови високовольтних стабілітронів з напругою стабілізації U_z > 6,3 В. Якщо концентрація домішок висока, виникає тунельний пробій (в низьковольтних стабілітронах з U_z < 6,3 В).

Параметрами стабілітронів є: - напруга стабілізації U_z – номінальне значення напруги стабілітрона під час проходження струму стабілізації; - струм стабілізації I_z – значення постійного струму через стабілітрон у режимі стабілізації ; - I_z min – мінімальний струм стабілізації, тобто значення струму на ділянці пробою ВАХ стабілітрона, зі зменшенням якого збільшується диференціальний опір стабілітрона і пробій стає нестійким; - I_z max – допустимий струм стабілізації, що визначається допустимою потужністю розсіювання P_z max, за якої забезпечується гарантована надійність приладу під час тривалої його роботи;- r_z = ∂U_z/∂I_z – диференціальний опір за заданого струму стабілізації;- R_z = U_z/I_z – статичний опір при заданому струмі стабілізації; - K_z = R_z/r_z – критерій якості стабілітрона; C_z – ємність стабілітрона або ємність між виводами стабілітрона при заданій напрузі.

Принципову електричну схему параметричного стабілізатора таформування стабільної напруги подано в розд 10.

3.6.5 Обмежувачі амплітуди

В системах енергетичної електроніки та при обробці ЕІС з метою запобіганню перенавантаженню, широко використовують схеми, які виключають перевищення амплітуди в силових пристроях або на вході чутливих інформаційних систем. Для вирішення таких задач створені амплітудні обмежувачі (рис.3.9,а; рис.3.1,а). Це чотириполюсники, на виході яких напруга перестає змінюватись, коли напруга на вході: - перевищує якесь порогове значення (обмеження зверху, рис.3.9, б); - приймає значення нижче порогового ( обмеження знизу, рис.3.10, б); - або перевищує межі порогових рівнів ( двостороннє обмеження ).

Для вирішення таких задач використовують асиметрію ВАХ діодів в тому числі і стабілітронів. Щоб повністю уяснити процеси перетворення ЕІС в обмежувачах, сформуйте схему в MS, подану на рис 3.9.

Вплив на вихідний сигнал відбувається автоматично за рахунок суттєвої різниці провідності діодів за прямого та оберненого вмикання.

Р езистор R1 і діод створюють подільники напруги. Якщо діод закритий, то його опір Rд>>R1, а тому Кu=1 (Uвих=Uвх, див.розділ.1.6.2.). Форми сигналів на вході та виході співпадають. При включені джерела живлення +3В вхідний сигнал амплітудою до 3В є недостатнім для перемикання НД у відкритий стан, а тому на діод подається зворотна напруга ( зберігається вказане вище співвідношення опорів ), а тому діод не впливає на передачу ЕІС (Кu=1).

Діод D1 автоматично перемикається у відкритий стан і починає впливати, коли вхідний сигнал у позитивний напівперіод перевищить приблизно 3,4 В , а тому подальше збільшення амплітуди Uвих обмежується за рахунок збільшення струму діода і, відповідно, збільшення спаду напруги на R1 (рис.3.9,б). В даному випадку автоматично встановлюється співвідношення опорів Rд << R1 і коефіцієнт передачі подільники різко зменшується. Настає обмеження зверху.

Для побудови обмежувача знизу необхідно змінити полярність підключення джерела -3В (рис.3.10, а). Це забезпечує автоматичне перемикання НД у відкритий стан і обмеження вихідного сигналу, коли амплітуда негативної напівхвилі вхідного сигналу перевищить – 3.4 В. В результаті відбувається обмеження знизу.

В ідповідно пристрій спрацьовує при подачі синусоїдальних, позитивних і негативних вхідних сигналів. Рівень обмеження визначається напругою джерела живлення. Для побудови обмежувачів на рівні 0.4…08 В використовують пряме вмикання НД.

Для комутації опорів подільника напруги використовують також стабілітрони за зворотного вмикання. В даному випадку рівень обмеження визначається наругою пробою