3. Стабилитроны

Стабилитроном называют полупроводниковый диод, напряже­ние на котором слабо зависит от проходящего тока. Стабилитро­ны предназначены для стабилизации напряжения.

-Й-

и.

обр А Р<

R. Бо--

о—г +

Е

О

в

обр

Рис. 1.18. Условное графическое обозначение (а), вольт-амперная характеристика (б) и схема включе­ния (в) кремниевого стабилитрона

Принцип действия стабилитрона основан на использовании свойства р-п перехода при электрическом пробое сохранять прак­тически постоянную величину напряжения в определенном диа­пазоне изменения обратного тока. Как было сказано при рас­смотрении видов пробоя р-п перехода, электрический пробой яв­ляется обратимым процессом и не приводит к выходу диода из строя при условии, что ток не превышает максимально допусти­мой величины.

Вольт-амперная характеристика кремниевого стабилитрона, его условное обозначение и схема включения приведены на рис. 1.18. В стабилитроне используется только обратная ветвь характеристики. Рабочим участком АБ является ее часть, соот­

ветствующая электрическому пробою и ограниченная минималь­ным и максимальным токами. В стабилитронах применяется один из видов электрического пробоя: лавинный или туннель­ный.

Параметрами стабилитрона являются:

напряжение стабилизации U_CT — напряжение на стабилитроне при заданном токе стабилизации /_ст; оно практически равно на­пряжению пробоя;

минимальный ток стабилизации /_мин — наименьший ток, при котором сохраняется устойчивое состояние пробоя; поскольку необходимо получение малого значения /_мин, стабилитроны из­готовляют из кремния;

максимальный ток стабилизации /_макс — наибольший ток, при котором мощность, рассеиваемая на стабилитроне, не превы­шает максимально допустимого значения Р_макс;

D

/^г макс . макс — wt »

U _ст

превышение /_макс приводит к тепловому пробою р-п перехода и выходу из строя стабилитрона;

дифференциальное сопротивление г_д„_ф — отношение прираще­ния напряжения стабилизации к вызвавшему его малому при­ращению тока:

Д1У„

^Гдиф— Д/_ст ’

/■диф определяется в рабочей точке Р и характеризует точность стабилизации; чем оно меньше, тем лучше осуществляется ста­билизация;

статическое сопротивление R_CTат — сопротивление стабилитро­на в рабочей точке при постоянном токе:

Г) ^ст .

Астат — ш у I _ст

температурный коэффициент напряжения ot_T показывает из­менение в процентах напряжения стабилизации при изменении температуры окружающей среды на 1 °С.

Выпускаемые промышленностью кремниевые стабилитроны имеют напряжение стабилизации в пределах 3—200 В, мини­мальный ток от 1 до 10 мА, максимальный ток от 2 мА до 2 А, дифференциальное сопротивление 0,5—500 Ом.

В стабилитронах с большим напряжением стабилизации используется лавинный пробой, а в стабилитронах с малым на­пряжением стабилизации — туннельный.

Схема включения стабилитрона для стабилизации напряже­ния на нагрузке R_H приведена на рис. 1.18, в. Последовательно со стабилитроном в цепь источника постоянного тока включено балластное сопротивление R₆ для ограничения тока, а парал­лельно стабилитрону—нагрузка. Полярность источника пита­ния Е соответствует обратному напряжению на стабилитроне.

При увеличении напряжения питания Е при постоянном R_H увеличивается ток в цепи, протекающий через балластное со­противление и стабилитрон. Напряжение на стабилитроне и на нагрузке U_H — U_CT остается неизменным, а избыток напряжения питания гасится на балластном сопротивлении R₆. В случае из­менения сопротивления нагрузки R_H при постоянной величине Е ток через R₆ остается неизменным, но происходит перераспре­деление токов между стабилитроном и нагрузкой, а напряжение на стабилитроне и нагрузке все равно остается неизменным.

Кремниевые стабилитроны используют не только для стаби­лизации напряжения, но и в качестве источников опорного на­пряжения, с которым сравнивается напряжение на нагрузке.

Существуют полупроводниковые диоды, предназначенные для стабилизации напряжения с использованием в качестве рабо­чего участка отрезка прямой ветви вольт-амперной характерис­тики, на котором прямое напряжение слабо зависит от тока. Такой полупроводниковый диод носит название стабистора.