Стабилитроны. Специфической разновидностью полупроводникового диода является стабилитрон, вольтамперная характеристика и обозначение которого на принципиальных схемах

Специфической разновидностью полупроводникового диода является стабилитрон, вольтамперная характеристика и обозначение которого на принципиальных схемах приведены на рис. 2.11. Особенность стабилитрона состоит в том, что рабочей является область электрического пробоя на обратной ветви его ВАХ. Если в данной области ток через стабилитрон не достигает величины, превышающей значение, то режим электрического пробоя является устойчивым, так как перехода в необратимый тепловой пробой не происходит. В этом случае при изменении обратного тока в широких пределах , напряжение на стабилитроне остается практически постоянным и называется напряжением стабилизации – .

Рис. 2.11. Вольтамперная характеристика

и обозначение стабилитрона на принципиальных схемах.

ВАХ стабилитрона в принципе ничем не отличается от ВАХ обычного диода, просто его используют несколько необычным образом. Слабая зависимость напряжения стабилизации стабилитронов от тока позволяет создавать источники со стабильным выходным напряжением – стабилизаторы. В простейших стабилизаторах выходное напряжение равно напряжению пробоя .

Для изготовления стабилитронов в основном применяется кремний, при этом разные величины получаются в зависимости от степени легирования полупроводников и различных механизмов пробоя (для < 6 В – туннельного, для > 30 В – лавинного, и смешанного для 6 В < < 30 В). Технологическими приемами можно изготовить стабилитроны с требуемыми напряжениями стабилизации в пределах от двух вольт до сотен вольт.

Вследствие специфичности режима работы таких приборов, они характеризуются параметрами, описывающими свойства обратной ветви ВАХ, основными из которых являются:

· – напряжение стабилизации (напряжение пробоя) при заданном токе через стабилитрон;

· – минимальный ток стабилизации – это ток, при котором еще обеспечивается устойчивый режим пробоя. Он соответствует началу излома обратной ветви ВАХ. При меньших токах пробой будет неустойчивым, напряжение будет сильно зависеть от тока;

· – максимально допустимый ток через стабилитрон;

· – максимальная рассеиваемая мощность. Определяется соотношением . Если станет больше , то мощность, выделяемая на кристалле, превысит допустимое значение и обратимый электрический пробой может перейти в необратимый тепловой, что вызовет разрушение кристалла;

· Дифференциальное или динамическое сопротивление . Оно показывает, на сколько изменяется напряжение стабилизации при изменении тока через стабилитрон на 1 ампер.

При протекании тока через стабилитрон он нагревается. Может меняться и окружающая температура, а от этого, изменяются вольтамперные характеристики. У стабилитрона будет меняться напряжение стабилизации, зависимость которого от температуры называется температурным коэффициентом напряжения стабилизации (ТКН) и определяется следующим образом:

_.

Рис.2.12. Зависимость ТКН от напряжения стабилизации.

У обычных стабилитронов значения ТКН лежат в пределах . ТКН определенным образом связан с напряжением стабилизации (рис. 2.12).У стабилитронов с он отрицателен и напряжение стабилизации с ростом температуры падает, а у приборов с - наоборот.

В ряде случаев требуется иметь источник заданного напряжения с очень слабой его зависимостью от температуры, то есть с ТКН близким к нулю. Данную задачу можно решить, соединив последовательно несколько специальным образом подобранных стабилитронов.

Такую цепочку можно представить как некоторый эквивалентный стабилитрон со следующей совокупностью параметров:

Если взять стабилитроны, у которых ТКН имеют разные знаки, и соответствующим образом их подобрать, то ТКН всей системы можно сделать очень маленьким. Вместо дополнительных стабилитронов в ряде случаев можно использовать обычные диоды, включенные в прямом направлении.

ТКН их прямой ветви всегда отрицателен, а сама она имеет резкий излом при напряжении порядка 0,6÷0,8 В. С этой точки зрения обычный диод можно использовать для стабилизации низких напряжений (в этом случае он называется стабистором). Если у исходного стабилитрона , то ТКН системы с диодом можно сделать близким к нулю, при суммарном напряжении стабилизации близком к .

В ряде случаев термокомпенсирующие элементы помещаются в тот же корпус, что и кристалл стабилитрона. Такие приборы называются термокомпенсированными или прецизионными (высокоточными) стабилитронами.

На основе стабилитронов выпускаются так называемые симметричные ограничители напряжения или двуханодные стабилитроны (рис. 2.13). У них в корпусе содержится два идентичных стабилитрона соединенных встречно. Такие приборы имеют специальное обозначение и симметричную вольтамперную характеристику.

Рис.2.13. Двуханодный стабилитрон.

Дата добавления: 2014-01-06