20-03-2013_10-45-00 / 7стабилитрон

СТАБИЛИТРОНЫ и стабисторы

Стабилитрон - ППП, предназначен для стабилизации обратного напряжения, работает в режиме лавинного (слаболегированный высокоомный Si U_стаб>6B) или туннельного пробоя (сильнолегированный Si U_стаб<6B).

Стабистор - предназначен для стабилизации прямого напряжения (низкоомный Si U_стаб <0.7). Последовательное соединение двух или трех стабисторов дает возможность получить удвоенное или утроенное значение напряжения стабилизации.

В маркировке отечественных стабилитронов первая буква (или цифра для приборов специального назначения) обозначает исходный материал. Вторая буква «С» – обозначает подкласс стабилитронов. Следующие цифры указывает мощность стабилитрона и напряжение стабилизации (табл.). Последняя буква указывает особенности конструкции или корпуса. Например, маркировка КС 168 А соответствует маломощному стабилитрону (ток менее 0.3 А) с напряжением стабилизации 6.8 В, в металлическом корпусе.

Основными параметрами стабилитронов являются: напряжение стабилизации (на рис.13 обозначено буквой D) U_ст — значение напряжения на стабилитроне при прохождении заданного тока стаби­лизации (буквой В). Пробивное напряже­ние диода, а значит, напряжение стабили­зации стабилитрона, зависит от толщины p-n-перехода или от удельного сопротив­ления базы диода (а они зависят от концентрации примесей). Поэто­му разные стабилитроны имеют различ­ные напряжения стабилизации (от 2 до 400 В); температурный коэффициент напряжения стабилизации (ТКНС)— величина, опреде­ляемая отношением относительного изменения напряжения ста­билизации к изменению температуры окружающей среды при постоянном токе стабилизации (формула 20). может иметь положительные значения для относительно высо­ковольтных и отрицательные для низковольтных стабилитронов, что связано с различной температурной зависимостью пробив­ного напряжения при лавинном и туннельном пробое р-n-перехода. Изменение знака соответствует напряжению стабилизации U_ст=6 В. В связи с этим в низковольтных стабилитронах с напряжением стабилизации менее 6 В, происходит туннельный пробой, а пробивное напряжение при тун­нельном пробое уменьшается с увеличением температуры (<0). Вы­соковольтные стабилитроны должны иметь большую толщину р-n-перехода. Поэтому их изготавливают на основе слаболегированного кремния. Прин­цип их действия связан с лавинным пробоем, при котором пробивное на­пряжение растет с увеличением тем­пературы (>0). Число электронов n, уходящих из перехода, становится больше числа n0 приходящих (ударная ионизация и лавинное размножение носителей). Отношение n/n0=M называется коэффициентом лавинного умножения носителей, который зависит от напряжения (формула 14. Здесь m=3 для кремния р-типа и m=5 для кремния n-типа). Стабисторы имеют отрицательный ТКНС, т. е. напряжение на стабисторе при неизменном токе уменьшается с увеличением температуры. Их используют для температурной компенсации стабилитронов с положительным ТКНС. Для этого последовательно со стабилитроном необходимо соединить один или несколько стабисторов (рис.21).

О качестве стабилитрона, т. е. о его способности стабилизи­ровать напряжение при изменении проходящего тока, можно судить по значению дифференциального сопротивления стаби­литрона r которое определяется отношением приращения напряжения стабилизации к вызвавшему его малому прираще­нию тока (формула 17). Так как определенным изменениям тока для лучшей стабилизации должны соответствовать минимальные изменения напряжения, то качество стабилитрона выше, если он имеет меньшее дифференциальное сопротивление..

Диапазон токов, в котором стабилитрон может выполнять функции стабилизации напряжения, устанавливают из следующих соображений. Минимально допустимый ток стабилизации I _{ст min} (точка А на рис.13) определяется тем, что при малых токах, во-первых, дифференциальное сопротивление оказывается еще большим и, во-вторых, в стабилитронах с лавинным пробоем, из-за неустойчивости процесса ударной ионизации, в начальной стадии возникают шумы. С увеличением тока через стабилитроны процесс ударной ионизации устанавливается и шумы исчезают. Максимально допустимый ток стабилизации I _{ст max} (точка С на рис.13) определяется допустимой для данного прибора мощностью рассеяния и необходимостью обеспечения заданной надежности работы прибора, т. е. зависит от площади p-n-перехода и от конструкции прибора (формулы 18 и 19). Если превысить данный предельно допустимый параметр стабилитрона, то электрический пробой перейдет в тепловой и прибор выйдет из строя (рис.12)

Стабилитрон включается в обратной полярности параллельно нагрузке, последовательно с ним включается ограничительный резистор R_огр (рис. 16), сопротивление которого должно быть больше дифференциального сопротивления стабилитрона. Напряжение питания стабилитрона должно удовлетворять соотношению: E=U_ст+R_огр(I_ст+I_н). Напряжение питания вследствие нестабильности может изменяться в пределах ∆E. Построив нагрузочную прямую на ВАХ, можно определить изменение напряжения на нагрузке ∆Uст и коэффициент стабилизации (формула 15). Уменьшение сопротивления R_огр увеличивает напряжение на нагрузке, но ухудшает стабилизацию. Параметры схемы выбирают так, чтобы при изменении нагрузки и напряжения источника питания выполнялись неравенства 19

Импульсный стабилитрон от обычных стабилитронов отличается повышенным быстродействием и применяется для стабилизации амплитуды импульсов.

Двухсторонний стабилитрон – два импульсных стабилитрона, включенных встречно. Стабилитроны обычно одинаковы, что приводит к симметричной ВАХ. Используются в двухсторонних ограничителях импульсов.