2.2.2. Принцип стабилизации напряжения

Принцип стабилизации напряжения с помощью стабилитрона удобно пояснить с помощью схемы простейшего параметрического стабилизатора напряжения (рис.3) и обратной ветви ВАХ стабилитрона, представленной на рис.4.

Стабилитроны, в отличие от других диодов, имеют свое графическое изображение в схемах, показанное на рис.3.

При входном напряжении стабилитрон пропускает лишь пренебрежимо малый обратный ток, поэтому ток в цепи определяется суммой сопротивлений. Еслипревыситнаступает режим пробояp – n перехода и при малых изменениях напряжения на стабилитроне и нагрузке ток через стабилитрон изменяется весьма значительно. Ток через балластное сопротивление равен сумме токов стабилитронаи нагрузки. Так, если входное напряжение повысилось, то это приведет к росту тока стабилитрона и тока через сопротивление. Падение напряжения навозрастает, а на нагрузке и стабилитроне напряжение изменяется весьма незначительно.

2.2.3. Параметры стабилитрона

Наиболее важными параметрами стабилитрона являются следующие:

1. Напряжение стабилизации - значение напряжения на стабилитроне при протекании через него заданного (номинального) тока стабилизации. Напряжение пробоя, т.е. и напряжение стабилизации зависит от толщиныp – n перехода или удельного сопротивления базы (см.(2.1)). Чем выше степень легирования базы, тем меньше ее удельное сопротивление, и тем ниже будет напряжение стабилизации.

2. Максимально – допустимая мощность рассеяния , стабилитрона при комнатной температуре:

(2.5)

где: - максимальный ток стабилитрона,- номинальное напряжение стабилизации. По величинестабилитроны делятся на три группы:

- стабилитроны малой мощности Вт;

- стабилитроны средней мощности Вт;

- стабилитроны большой мощности Вт;

3. Минимальный имаксимальный токи стабилизации (рис.4).

Эти токи ограничивают область вольт – амперной характеристики стабилитрона, в которой он способен выполнять свои функции при обеспечении заданной надежности работы.

Начало рабочего участка ВАХ в точке А (рис.4), который и соответствует значению тока . При меньших значениях тока дифференциальное сопротивление стабилитронаеще велико и зависит от величины тока достаточно резко. Кроме того, в стабилитронах с лавинным пробоем при меньших токах процесс ударной ионизации крайне неустойчив, поэтому в выходном сигнале возникают значительные шумы. Они исчезают, когда процесс ударной ионизации становится устойчивым, т.е. при токах, больших, чем. У маломощных стабилитроновможет быть 1…3 мА.

Точка B на ВАХ стабилитрона ограничивает рабочий ток по величине сверху и соответствует току ; Этот ток определяется значением максимально допустимой мощности рассеяния(см.(2.5)):

(2.6)

Превышение тока над приводит к разогревуp – n перехода, к лавинному пробою добавляется тепловой, ток растет еще быстрее и стабилитрон выходит из строя.

Значение для разных типов стабилитронов может лежать в пределах от 10 мА до 2 А.

4. Дифференциальное сопротивление стабилитрона , находится как:

(2.7)

и определяет тангенс угла наклона обратной ветви ВАХ к оси тока. В рабочей области ВАХ (участок AB) практически линейна, поэтому дифференциальное сопротивление можно находить как:

(2.8)

Значение - изменяется от долей Ома до десятков Ом для различных типов стабилитронов. Если же, то дифференциальное сопротивление резко возрастает, поэтому при таких токах стабилитрон перестает выполнять свои функции.

Значение определяет качество стабилитрона. Чем меньше изменения напряжения стабилизациипри заданном изменении тока стабилитрона, тем выше качество стабилитрона.

5. Статическое сопротивление илисопротивление стабилитрона постоянному току в рабочей точке определяется:

(2.9)

6. Добротность стабилитрона определяют как

(2.10)

Из рис.4 видно, что , поэтому. Чем больше это отношение, тем лучше стабилизирующее действие прибора. Как правило,.

7. Температурный коэффициент напряжения стабилизации (ТКН) указывает влияние температуры окружающей среды на напряжение стабилизации:

; [%/], (2.11)

где: - отклонение напряжения стабилизацииот номинального при изменении температуры на.

Из (2.11) следует, что определяется отношением относительного изменения напряжения стабилизации () к абсолютному изменению температуры окружающей средыпри постоянном токе стабилизации.

Типичный график зависимости от напряжения стабилизации показан на рис.5. Как видно из графика ТКН изменяется по величине и знаку, что объясняется различными механизмами пробоя, обсужденными в п.2.2.1.

У стабилитронов с пробоем лавинного типа . Для компенсации температурного дрейфа напряжения стабилизации используют последовательное включение с основным стабилитроном одного или нескольких диодов в прямом направлении, прямые ветви ВАХ которых имеют отрицательный ТКН. Таким образом суммарный ТКН может быть сведен практически к нулю. Например, в прецизионных стабилитронах Д 818 и КС 191 используют три последовательно соединенныхp – n перехода, размещенных в одном корпусе. Один из них включен в обратном направлении и работает как стабилизирующий, а два других, компенсирующих, - в прямом. У них ТКН очень мал: %/.