27 Полупроводниковые стабилитроны и стабилизаторы напряжения.

К ачество работы электронной схемы в значительной степени определяется стабильностью источников питания. Напряжение питания должно оставаться постоянным при колебаниях напряжения и частоты сети, изменениях нагрузки, а также при колебаниях температуры, влажности и давления окружающей среды и т. д. Для обеспечения постоянства напряжения на сопротивлении нагрузки применяют стабилизаторы напряжения. Для этого между выпрямителем и сопротивлением нагрузки (при стабилизации постоянного напряжения) включают стабилизатор напряжения. При стабилизации переменного напряжения стабилизатор включают между источником переменного тока и выпрямителем. Существующие стабилизаторы могут быть разделены на два класса: параметрические и компенсационные.

C табилизаторами параметрического типа называются электрические схемы, напряжение на выходе которых остается практически неизменным при изменении входного напряжения или тока нагрузки в результате перераспределения токов и напряжений между отдельными элементами схемы. Для стабилизатора параметрического типа характерным является наличие в схеме одного или нескольких нелинейных элементов. Если стабилизатор работает в цепи постоянного тока, то в качестве линейного и нелинейного элементов используются активные сопротивления(резисторы, диоды). При работе стабилизатора в цепи переменного тока, как правило, применяются реактивные сопротивления (индуктивные или емкостные). Стабилизаторы компенсационного типа характеризуются тем, что напряжение на выходе остается практически неизменным при изменении входного напряжения или тока нагрузки в результате воздействия цепи отрицательной обратной связи на регулирующий элемент схемы. Таким образом принципиальным отличием компенсационного стабилизатора от параметрического является наличие в схеме отрицательной обратной связи. Примерами параметрических стабилизаторов являются стабилизаторы со стабилитронами. Примерами компенсационных стабилизаторов являются электронные, транзисторные и дроссельные стабилизаторы, а также стабилизаторы с двумя регулирующими элементами (дроссельно-электронные и дроссельно-транзисторные).

Простейшая схема параметрического стабилизатора напряжения, выполненного на стабилитроне, приведена на рисунке 3.

Стабилитроном называется полупроводниковый диод, вольт-амперная характеристика которого имеет область резкой зависимости тока от напряжения на обратном участке вольт-амперной характеристики. ВАХ стабилитрона имеет вид, представленный на рисунке 4. При достижении напряжения на стабилитроне, называемого напряжением стабилизации U_стаб, ток через стабилитрон резко возрастает. Дифференциальное сопротивление R_диф идеального стабилитрона на этом участке ВАХ стремится к 0, в реальных приборах величина R_диф составляет значение: R_диф ≈ 2÷50 Ом. Основное назначение стабилитрона - стабилизация напряжения на нагрузке, при изменяющемся напряжении во внешней цепи. В связи с этим последовательно со стабилитроном включают нагрузочное сопротивление, демпфирующее изменение внешнего напряжения. Поэтому стабилитрон называют также опорным диодом. Напряжение стабилизации U_стаб зависит от физического механизма, обуславливающего резкую зависимость тока от напряжения. Различают два физических механизма, ответственных за такую зависимость тока от напряжения, - лавинный и туннельный пробой p-n перехода. Для стабилитронов с туннельным механизмом пробоя напряжение стабилизации U_стаб невелико и составляет величину менее 5 вольт: U_стаб < 5 В. Для стабилитронов с лавинным механизмом пробоя напряжение стабилизации обычно имеет большие значения и составляет величину более 8 вольт: U_стаб > 8 В. Основными характеристиками стабилитрона являются ток I_ст и напряжение U_ст стабилизации, дифференциальное напряжение стабилитрона r_ст и температурная зависимость этих параметров.