Напівпровідникові стабілітрони

Напівпровідникові стабілітрони – це діоди на зворотній гілці вольт-амперної характеристики яких є дільниця зі слабою залежністю напруги від струму, тобто стабілітрон працює в режимі електричного пробою. Величина напруги пробою, або напруга стабілізації, залежить від опору базової області діода. Якщо необхідно отримати напругу стабілізації до 3 В, то використовуються вузькі p-n переходи і має місце тунельний механізм пробою. Якщо необхідно отримати напругу стабілізації від 3 В до 7 В, то може використовуватись лавинний і тунельний механізми пробою. При напругах стабілізації більше 7 В використовуються широкі p-n переходи і лавинний механізм пробою. На електричних схемах напівпровідникові стабілітрони позначаються як показано на рис. 2.5.

а) б)

Рисунок 2.5 – Односторонній стабілітрон і його вольт-амперна характеристика (а); двухсторонній стабілітрон і його вольт-амперна характеристика (б)

Основними характеристиками напівпровідникових стабілітронів є напруга стабілізації U _ст і струм стабілізації I _ст, динамічний опір і температурний коефіцієнт напруги.

Величина динамічного (диференціального) опору характеризує нахил робочої області і, інакше кажучи, ступінь стабільності напруги стабілізації при зміні струму стабілізації

.

В залежності від напівпровідникові стабілітрони можна розділити на дві групи: регулюючі (загального призначення) і опорні (прецизійні).

Регулюючі в основному використовуються в стабілізаторах і обмежувачах постійної та імпульсної напруги. Прецизійні служать джерелами еталонної напруги в схемах, де вимагається висока ступінь стабілізації напруги.

Температурний коефіцієнт напруги (ТКН) стабілітрона показує як змінюється відносна напруга стабілізації при зміні температури на 1 град при постійному струмі стабілізації

.

У низьковольтних стабілітронів ТКН негативний (U_ст<5,4 В). В більш високовольтних – ТКН позитивний. В таких стабілітронах для зниження ТКН паралельно зі стабілітроном, що працює в нормальному режимі (зворотньому), вмикають один або декілька стабілітронів, що працюють при прямій напрузі. Це зумовлено тим, що пряма гілка вольт-амперної характеристики має від’ємний ТКН. Замість стабілітронів можна вмикати і звичайні випрямляючі діоди. До параметрів стабілітронів слід віднести також коефіцієнт стабілізації К_ст, який визначається як відношення відносної зміни напруги на вході до відносної зміни напруги на виході стабілітрона.

,

де і – номінальні напруги на вході і на виході стабілітрона.

В електричне коло стабілітрон вмикається за схемою, приведеною на рис. 2.6.

Рисунок 2.6 – Схема включення стабілітрона

Принцип роботи стабілізатора напруги полягає в наступному. При зміні напуги на вході змінюється струм, що протікає через стабілітрон, а напруга на стбілітроні та опорі навантаження будуть постійними. При цьому змінюється падіння напруги на балансному опорі R_бал. Стабілізація забезпечується при умові, що при максиальній зміні U_вх струм, який протікає через стабілітрон не виходить за межі I_max – I_min (рис. 2.5,а). Величина балансного опору R_бал вибирається таким чином, щоб при номінальній напрузі на вході, струм стабілітрона рівнявся деякому середньому значенню I₀.

Слід відмітити, що для виготовлення стабілітронів з невеликими напругами стабілізації (0,3…1 В), використовується пряма гілка ВАХ p-n переходу. Такі прилади називаються стабісторами.

Особливою групою серед напівпровідникових стабілітронів є кремнієві симетричні обмежувачі напруги (КСОН), або двосторонні стабілітрони (рис. 2.5,б), які характеризуються симетричною ВАХ відносно початку координат та можуть бути використані для усунення перенапруження в приладах перетворювальної техніки, в потужних обмежувачах напруги. Ці прилади випускаються на робочі напруги до 5000 В при струмі до 1 А.