Стабилитроны

Стабилитроны (их называют еще опорными диодами) представ­ляют собой полупроводниковый диод с p-n-переходом, в котором специальным подбором исходных материалов добиваются высокого постоянства падения напряжения независимо от значений протека­ющего через него обратного тока. На рис. 17 приведена вольт-ам­перная характеристика кремниевого стабилитрона типа 2С162А, предназначенного для формирования опорного напряжения (6,2±0,3) В. Прямая ветвь вольт-ампер ной характеристики имеет та­кой же вид, как и у обычных выпрямительных кремниевых диодов, а обратная ветвь отличается наличием резкого излома в точке с на­пряжением U _СТ. Это напряжение называется номинальным напряжением стабилизации. Оно остается практически постоянным на рабо­чем участке вольт-амперной характеристики при изменении обрат­ного тока от I _MIN до I _MAX. Для стабилитрона типа 2С162А эти токи соответственно равны 3 и 22 мА.

Промышленностью выпускается широкий ассортимент стабилит­ронов с номинальным напряжением стабилизации от 3,3 до 180 В (с шагом примерно 10 %), различающихся величиной допуска ∆ U _СТ на разброс U _СТ, температурной нестабильностью этого параметра a_СТ, допустимой мощностью P _MAX, рассеиваемой в стабилитроне, динамическим сопротивлением R _ДИН (т.е. наклоном рабочего участка вольт-амперной характеристики), конструктивным испол­нением, диапазоном рабочих температур ∆ T. Эти и некоторые до­полнительные параметры стабилитронов приводятся в справочных данных.

Конструктивное оформление стабилитронов мало отличается от оформления выпрямительных диодов. Стабилитроны малой мощно­сти от 20 до 300 мВт выпускаются в круглых пластмассовых или ме­таллических корпусах диаметром 5–10 мм и длиной около 12–25 мм. Выпускаются стабилитроны и в бескорпусном оформлении в виде пластмассовых таблеток с поперечными размерами не более 2 мм (например, стабилитрон типа КС164М). Стабилитроны средней мощности свыше 300 мВт и до 5 Вт оформлены в металлических или пластмассовых корпусах с гибкими или жесткими выводами. В по­следнем случае анодный вывод стабилитрона имеет резьбу, что поз­воляет осуществлять его надежный монтаж на охлаждающем радиа­торе. Все стабилитроны большой мощности, равной 8 Вт, имеют жесткие выводы для установки на радиаторе.

Основные технические характеристики некоторых типов стаби­литронов приведены в табл. 4.

Таблица 4

Тип ста­билитрона	U СТ, В	D U CТ, % (В)	P MAX, мВт	I СТ, мА	R ДИН, Ом	I MIN, мА	I MAX, мА	aCТ*10^-2, %1 ^0С
КС133А	3,3	±10						–11
2С147Т-1	4,7	(±0,2)					10,6	– 8
2С162А	6,2	±5						±0,5
Д808	7–8,5	–
КС191Ф	9,1	±5,						±0,05
КС222Ж		(±2,2)				0,5	5,7
КС515Г		±5						0,5
Д816Д		±15
КС650А		±15				2,5
Д815В	8,2	±15			1,5			±9

Примечаиие: Для всех типов стабилитронов ∆ T от –60 до +125°С.

Для получения стабильного напряжения на зажимах некоторого сопротивления нагрузки R _Hстабилитрон включают так, как пока­зано на рис. 18. Резистор R1 служит для ограничения тока, протека­ющего через стабилитрон VD1. При увеличении входного напряже­ния от своего минимального значения до максимального ток в ста­билитроне I _СТ также увеличивается, однако за счет действия рези­стора R1 удерживается в допустимых пределах от I _MIN до I _MAX. При этом на стабилитроне устанавливается номинальное напряжение стабилизации U _CT, которое почти не возрастает. В нагрузке R _Н протекает ток I _Н = U _СТ /R _Hтакже практически неизменной величи­ны. Порядок пользования справочными данными покажем на приме­ре расчета простейшего стабилизатора напряжения, приведенного на рис. 18.

Пример. Пусть электронное локомотивное устройство требуется обеспечить стабильным напряжением питания, номинальная величина кото­рого равна U _СТ = (15 ± 1) В. Ток, потребляемый устройством, I _Н = 15мА. При этом напряжение первичного источника U _П, которым является локомо­тивная батарея, равно (70 ± 20) В, т. е. изменяется от U _{П. MIN} – 50В до U _{П. MAX} – 90 В.

Расчет стабилизатора проводят в следующей последовательности. Вначале определяют максимально необходимый обратный ток стабилитрона:

(1)

Затем проверяют, удовлетворяет ли полученное значение этого тока не­равенству

I _Д < I _MAX, (2)

после чего находят величину ограничительного сопротивления R1:

R1 = (U _{П. MAX} – U _{П. MIN})/(I _Д – I _MIN). (3)

Выбираем стабилитрон типа КС515Г со следующими параметрами, при­веденными в табл. 4:

U _СТ= 15 ± 0,05·15= (15 ± 0,75) В; R _ДИН» 25 Ом;

a _СТ = 0,005 %/°С; I _MIN = ЗмА; I _MAX = 31 мА.

Пользуясь выражением (1), находим величину I _Д:

Убеждаемся, что условие (2) удовлетворяется, так как 24 < 31. В соответствии с выражением (3) находим R1:

R1 = (90 — 50)/[(24—3) 10^-3] =1,95-10³» 2 кОм.

Нетрудно подсчитать, что при этом сопротивлении резистора и минимальном напряжении питания ток, протекающий через стабилитрон, равен 3 мА. Тогда при изменении напряжения питания с 50 до 90. В изменение напряже­ния на электронном устройстве по отношению к номинальному

Термостабильность выходного напряжения определим при условии, что окружающая температура может изменяться от –10 до +50°С. Отсюда не­стабильность ∆ U _СТ.Т напряжения на нагрузке, обусловленная изменением температуры на величину ∆ T = 50–(–10) = 60°С (по отношению к номинальной температуре, равной 20°С),

Таким образом, суммарная нестабильность выходного напряжения рассматриваемого стабилизатора

∆ U _СТ = ∆ U _СТ.ПИТ + ∆ U _СТ.Т = ±0,28В.

Отсюда следует, что относительная нестабильность выходного напряжения не превышает

Отметим, что относительная нестабильность исходного напряжения питания значительно выше:

Таким образом, рассмотренный стабилизатор напряжения при указанном изменении внешней температуры более чем в 14 раз повышает стабильность напряжения на нагрузке по сравнению со стабильностью исходного напряжения питания.

Варикапы

Полупроводниковый диод с p-n-переходом, емкость которого изменяется под действием приложенного обратного напряжения, называется варикапом. Свое название варикап получил от сокращения двух английских слов vari (able) cap (acity) — переменная емкость. Варикапы (рис. 19) оформлены так же, как и обычные выпрямитель­ные диоды. Отличие в свойствах заключается в том, что применяя специальную технологию, добиваются существенной зависимости ем­кости p-n-перехода варикапа от величины обратного напряжения при достаточно большом начальном значении этой емкости.

В отличие от воздушных или керамических конденсаторов пере­менной емкости, имеющих сложную конструкцию и подвижные эле­менты, подверженные износу, варикапы представляют собой твер­дое кристаллическое тело, в котором управление емкостью осуществ­ляется не взаимным перемещением отдельных элементов или частей, а приложенным напряжением. Это делает срок службы варикапов практически неограниченным и обеспечивает возможность их ис­пользования в различных устройствах автоматической подстройки частоты, следящих устройствах, и в схемах автоматики без примене­ния электрического привода.

Варикапы характеризуются следующими основными параметра­ми: общая емкость С _В — емкость, измеренная между выводами ва­рикапа при заданном обратном напряжении; коэффициент перекры­тия по емкости К _С — величина, показывающая, во сколько раз мо­жет быть изменена емкость варикапа в диапазоне рабочих значений обратного напряжения; максимально допустимое обратное напряжение ∆ U _{ОБР. MAX}; максимально допустимая рассеиваемая мощность P _В.MAX.

В табл. 5 приводятся значения этих параметров для некоторых типов варикапов.

Значение общей емкости С _В в зависимости от типа варикапа за­ключено в пределах от 2 до 600 пФ при коэффициенте перекрытия от 2,5 до 18 и максимально допустимой рассеиваемой мощности вплоть до 7 Вт.

Таблица 5

Тип варикапа	С в, пФ	U обр, B	К с	р в. max, мВт	Uобр.тах, B	∆ T, °C
КВ109Б	2–2,3		4,5–6,5			–40÷ +85
КВ110А	12–18		2,5			–60÷ +125
КВ106А	20–50					–55÷-+100
КВ107В	30–65	2–9	1,5		5,5–16	–40÷ +70
КВ114А	54–82		4,5			–60÷+125
КВ104Е	95–143		2,5			–40÷ +85
КВ116	170–250					–60÷ +85
КВ105А	400–600		3,8			–60÷ +100

Дата добавления: 2013-12-13