Стабилитроны. Стабилитроны предназначены для стабилизации напряжений при изменении сопротивления нагрузки или напряжения питания

Стабилитроны предназначены для стабилизации напряжений при изменении сопротивления нагрузки или напряжения питания. Стабилитроны изготавливаются из кремния. При работе стабилитрона используется участок электрического пробоя при обратном смещении р-n -перехода, где значительному изменению тока соответствует малое изменение напряжения. При напряжениях пробоя ниже 5 вольт имеет место чисто туннельный пробой, при напряжениях от 5 до 7 вольт имеют место механизмы туннельного и лавинного пробоя, а при напряжениях пробоя выше 7 вольт – чисто лавинный пробой.

По назначению стабилитроны подразделяются на следующие группы:

- стабилитрониы общего применения;

- двуханодные стабилитроны;

- импульсные стабилитроны;

- прецизионные стаблитроны и

- стабисторы.

На рисунке 2.10 приведена вольтамперная характеристика стабилитрона общего назначения и его условно-графическое обозначение. Стабилитроны характеризуются следующими параметрами:

- напряжением стабилизации V_cт. - значение напряжения на стабилитроне при заданном токе стабилизации, например, при среднем токе стабилизации . Так как участок пробоя вольтамперной характеристики проходит почти вертикально, то можно считать, что напряжение стабилизациипрактически определяется напряжением пробоя р-п перехода.Напряжение стабилизации для разных стабилитронов лежит в пределах от 3,3 до 180В;

- минимальный ток стабилизации I_ст.min определяется гарантированной устойчивостью состояния пробоя. Значение I_ст.min обычно лежит в пределах от 3 до 10мА;

- максимальный ток стабилизации I_{ст.m ax} ограничивается максимально допустимой мощностью: I_ст.max= P_max/ V_cт., при этом максимальная мощность стабилитронов лежит в пределах 0,025…50 Вт;

Рис.2.10. Вольтамперная характеристика стабилитрона общего назначения а) и его условно-графическое обозначение б).

- дифференциальное сопротивление стабилизации r_ст определяется при среднем токе стабилизации I_cт.ср: . Сопротивление стабилизации определяет качество стабилизации напряжения стабилитроном и чем оно меньше, тем выше качество стабилизации. Сопротивление стабилизации лежит в пределах от нескольких Ом для низковольтных стабилитронов и до нескольких сотен Ом для высоковольтных.

- температурный коэффициент напряжения стабилизации а_ст определяет относительное изменение напряжения стабилизации ∆V_cт при изменении температуры окружающей среды на ∆Т: . а_ст лежит в пределах 10^-3…10^-6 град^-1. При лавинном характере пробоя коэффициент а_ст положителен, при туннельном — отрицателен (рис.2.11).

Для стабилизации двухполярных напряжений и для защиты электрических цепей от перенапряжений обеих полярностей применяют двуханодные стабилитроны, которые имеют симметричную вольтамперную характеристику (рис.2.12). Такие стабилитроны изготовляют путем введения примесей в пластину кремния одновременно с двух сторон. При этом образуются два р-n -перехода, включенных встречно, один из переходов работает в режиме электрического пробоя, а другой - в прямом направлении.

Для ограничения амплитуды импульсов напряжения разработаны импульсные стабилитроны или ограничители напряжения. При мгновенном изменении напряжения нарастание лавины в них происходит за очень короткий промежуток времени (порядка 10^-11 с). Такие стабилитроны изготавливаются на основе трехслойных эпитаксиальных р-п-п⁺- структур. Эпитаксиальная технология обеспечивает стабильный порог срабатывания, а наличие п⁺ - слоя повышает скорость срабатывания.

Стабилитроны широкого применения обладают сравнительно высоким температурным коэффициентом напряжения (а_ст 10^-3К^-1). Более высокой

	Рис.2.11. Зависимость температурного коэффициента напряжения стабилизации от напряжения стабилизации
		Рис.2.12. Вольтамперная характеристика двуханодного стабилитрона а) и его структура б).

температурной стабильностью обладают прецизионные стабилитроны, в которых последовательно соединены три р-n перехода. Один из них – стабилизирующий - включен в обратном направлении и работает в режиме лавинного пробоя, два других - термокомпенсирующих - включены в прямом направлении. При повышении температуры напряжение на стабилизирующем переходе растет, а на термокомпенсирующих переходах уменьшается, поэтому результирующее напряжение на стабилитроне изменяется незначительно и температурный коэффициент получается около 10^-5К^-1. В прецизионных стабилитронах прямой ток обусловлен обратным тепловым током термокомпенсирующих переходов и практический отсутствует (рис.2.13).

	Рис.2.13. Вольтамперная характеристика прецизионного стабилитрона а) и его структура б).		Рис.2.14. Вольтамперная характеристика стабистора.

Разновидностью стабилитрона является стабистор — полупроводниковый диод, в котором для стабилизации напряжения используется прямая ветвь вольтамперной характеристики (рис.2.14). Для увеличения крутизны прямой ветви вольтамперной характеристики базу стабистора делают низкоомной, что обеспечивает высокую ее крутизны. Отличительной особенностью стабисторов по сравнению с другими стабилитронами является меньшее напряжение стабилизации, которое определяется пороговым напряжением р-п - перехода и составляет примерно 0,7 В. Для увеличения напряжения стабилизации используют последовательное соединение двух и трех стабисторов, смонтированных в одном корпусе или сформированных в одном кристалле с напряжением стабилизации соответственно 1,4В и 2.1В. Температурный коэффициент стабисторов отрицателен, то есть с повышением температуры прямая ветвь его характеристики сдвигается влево.

На рис. 2.15 представлена схема простейшего стабилизатора напряжения на

Рис.2.15. Параметрический стабилизатор напряжения.

основе стабилитрона общего применения. Резистор R_огр используется для задания рабочей точки стабилитрона и одновременно ограничивает ток через стабилитрон. При изменении тока нагрузки I_н или входного напряжения V_вх падение напряжения на этом резисторе происходит таким образом, что напряжение на стабилитроне и, тем самым на нагрузке, остается практически постоянным и равным напряжению стабилизации стабилитрона V_cm.

Дата добавления: 2015-05-06