8. Нп стабілітрони і стабістори. Принцип роботи. Їх вах. Застосування.

Стабілітроном називається НП діод, ВАХ якого має область різкої залежності струму від напруги на зворотній ділянці. Стабілітрони призначені для стабілізації рівня напруги в електронних схемах.

Як стабілітрони використовуються площинні кремнієві діоди, на зворотній гілці ВАХ яких ділянка стабілізації створюється внаслідок лавинного або тунельного пробою (рис. ).

На ВАХ рис.  межі ділянки стабілізації позначені точками А та В. Положенню точки А відповідає напруга пробою стабілітрона U_проб, яка залежить від питомого опору вихідного матеріалу, тобто від концентрації домішок. Точка В відповідає граничному режиму, в якому на стабі­літроні розсіюється макс. допустима потужність. Низьковольтні стабілітрони (U_проб < 6 В) виготовляють із сильнолегованого кремнію (з великими концентраціями N_A та N_D),  перехід у них вузький, у ньому тунельний пробій відбувається при невеликих напругах. Стабілітрони з U_проб > 6 В виготовляються з малою концентрацією домішок,  перехід у них широкий, і в ньому більш імовірним є лавинний пробій.

При напругах стабілізації від 6 до 8 В у стабілітронах може бути як лавинний, так і тунельний пробій. Концентрація домішок впливає не лише на величину (U_проб), а й на вигляд ВАХ при зміні температури Для стабілітронів з малою концентрацією домішок зростання температури приводить до збільшення кількості вільних носіїв заряду і зменшення їх рухливості. Тому в таких стабілітронах при зростанні температури розвиток лавиноподібного процесу розмноження носіїв унаслідок ударної іонізації почнеться при більшій зворотній напрузі, тобто U_проб збільшується У низьковольтних стабілітронах (з великою концентра­цією домішок) зі зростанням температури зменшується ширина забороненої зони, в результаті зростає ймовірність тунельного пробою (переходу носія з валентної зони однієї області в зону провідності іншої області), який відбувається при менших напругах, ніж це було при початковій температурі.

Стабістор - НП діод, в якому для стабілізації напруги використовується пряма гілка ВАХ (тобто в області прямого зміщення напруга на стабісторі слабо залежить від струму). Відмінною особливістю стабісторів порівняно зі стабілітронами є менша напруга стабілізації, яка становить приблизно 0,7 В. Їх ВАХ зображена на рисунку.

До основних параметрів стабілітронів належать:

напруга стабілізації U_ст при даному струмі стабілізації;

мінімально допустимий струм стабілізації I_{ст min};

макс. допустимий струм I_{ст max};

макс. допустима потужність P_max, що розсіюється стабілітроном;

Диференц. опір r_ст=dU_ст/dI_ст;

температурний коеф. напруги стабілізації (ТКН), який визначається відношенням відносної зміни напруги стабілізації (U_ст/U_ст ) до абсолютної зміни температури при постійному струмі I_ст: =100%.

Із розглянутої температурної зміни ВАХ стабілітронів випливає, що низьковольтні стабілітрони (U_ст<6 В) мають від’ємний температурний коеф. напруги (ТКН), високовольтні (U_ст>8 В) – додатний ТКН. Для зменшення температурної залежності послідовно зі стабілітроном включають у прямому напрямі діод, який має ТНК протилежного знака. Цей спосіб використовується в прецизійних стабілітронах типу Д818, які мають усередині одного корпуса кілька послідовно з’єднаних переходів. Точність стабілізації напруги становить десятки мілівольт в стандартному температурному діапазоні.

Прикладом позначення стабілітрона виступає КС 168А – стабілітрон кремнієвий, призначений для пристроїв широкого вжитку з напругою стабілізації 6,8 В, допустимою макс.ю потужністю, що не перевищує 0,3 Вт. Приклад позначення стабістора: 2С107А – стабістор кремнієвий спеціального призначення, напруга стабілізації U_ст = 0,7 В, допустима потужність P_max= 0,3 Вт.

Застосування стабілітронів розглянемо на прикладі найпростішого параметричного стабілізатора постійної напруги (рис.). При збільшенні U_вх одразу зростає U_вих, робоча точка на ділянці стабілізації зміщується донизу, що означає зменшення опору стабілітрона. Струм через стабілітрон I_ст зростає, загальний струм у колі I зростає (струм навантаження майже не змінюється, бо напруга на кінцях стабілітрона майже постійна), збільшується спад напруги на гасильному резисторі R_г, і відбувається такий перерозподіл напруг між R_г та R_н, що збільшення в усталеному режимі компенсується збільшенням U_Г,

U_вих=U_вх – U_Г = const. Стабілітрон утримує незмінною вихідну напругу кола. Аналогічні процеси, тільки в зворотному напрямі, проходять при зменшенні вхідної напруги U_вх.