Стабилитроны и стабисторы.

Стабилитрон – это кремниевый диод, предназначенный для стабилизации напряжения. Стабилитрон работает при обратном смещении в области электрического пробоя p-n-перехода. На рабочем участке напряжение на диоде остается практически постоянным при изменении тока через диод.

Н а рис.3.5 показана схема параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне: E – нестабилизированный источник питания, R₀ – ограничительное сопротивление, R_н – нагрузка, подключенная параллельно к стабилитрону. Ограничительное сопротивление служит для установления и поддержания правильного режима стабилизации. Обычно R₀ рассчитывают для средней точки ВАХ стабилитрона. Схема обеспечивает стабилизацию напряжения за счёт перераспределения токов I_ст и I_н.

На рис.3.6 приведена ВАХ стабилитрона и показан рабочий участок.

E = (I_ст + I_н)R₀+U_ст

Изменение напряжения питания на E, приводит к появлению приращения напряжению на нагрузке на U_ст и токов I_ст =U_ст/r_ст , I_н=U_ст/ R_н, где r_ст – дифференциальное сопротивление стабилитрона на рабочем участке. Запишем исходное уравнение относительно приращений:

E = (U_ст/r_ст + U_ст/R_н) R₀+U_ст = U_ст(1/r_ст + 1/R_н) R₀+U_ст.

Разрешим его относительно U_ст, получим

U_ст = E /[1+ R₀/r_ст + R₀/R_н.]  (r_ст/ R₀)E.

Поскольку R₀/r_ст велико, то U_ст мало. Чем больше R_огр и меньше r_ст тем меньше изменения выходного напряжения.

Стабилитрон характеризуется следующими параметрами:

Номинальное напряжение стабилизации U_{ст ном} — напряжение на стабилитроне в рабочем режиме (при заданном токе стабилизации);

номинальный ток стабилизации I_{ст ном} – ток через стабилитрон при номинальном напряжении стабилизации;

минимальный ток стабилизации I_min — наименьшее значение тока стабилизации, при котором обеспечивается режим стабилизации;

максимально допустимый ток стабилизации I_max — наибольший ток стабилизации, при котором нагрев стабилитронов не выходит за допустимые пределы, при превышении которых может возникнуть тепловой пробой (показан пунктирной линией на рис.3.4);

дифференциальное сопротивление r_ст= U_ст/I_ст;

ТКН – температурный коэффициент напряжения стабилизации:

,

В стабилитронах используются оба вида электрического пробоя. При туннельном пробое U_ст.ном.<5В, ТКН – отрицательный, при лавинном пробое U_ст.ном.>8В, ТКН – положительный, в промежуточной области 5В<U_ст.ном<8В пробой имеет смешанный характер и ТКН проходит через нуль. По модулю ТКН<0,1%/К

Разновидности стабилитронов:

П рецизионные (а). Они имею малое значение ТКН и нормированную величину U_ст.ном. Малое ТКН достигается путем включения последовательно со стабилитроном (VD2), имеющим положительный ТКН диоды (VD1) в прямом направлении, ТКН которого отрицателен. Поскольку общий ТКН равен их сумме, то он оказывается малым по величине.

Двуханодный стабилитрон (в). Он состоит из двух стабилитронов включенных встречно-последовательно (б) и применяется для стабилизации переменных напряжений.

Стабисторы – это полупроводниковые диоды в которых для стабилизации напряжения используется прямя ветвь ВАХ. Для улучшения их база сильно легирована примесями. Параметры стабистора аналогичны параметрам стабилитрона. Они применяются для стабилизации малых напряжений (0,7В), ток стабисторов – от 1мА до нескольких десятков мА и отрицательный ТКН.