Стабилитрон — это полупроводниковый диод, в котором из-за электрического пробоя
Рисунок 1. Вольтамперная характеристика стабилитрона
Несмотря на то, что эта вольтамперная характеристика похожа на ВАХ любого полупроводникового диода, благодаря технологическим особенностям производства стабилитронов удается получить лучшие параметры стабилизаторов по сравнению с обычным полупроводниковым диодом. Стабильность выходного напряжения ΔU при изменении тока, протекающего через стабилитрон, зависит от его дифференциального сопротивления. Дифференциальное напряжение стабилитрона можно определить по его вольтамперной характеристике, как это показано на рисунке 1.
, (1)Дифференциальное сопротивление уменьшается при росте тока, протекающего через стабилитрон. При этом дифференциальное сопротивление зависит и от напряжения стабилизации, на которое разработан данный стабилитрон. Пример зависимости дифференциального сопротивления стабилитронов от напряжения и тока стабилизации приведен на рисунке 2.
Рисунок 2. Зависимость дифференциального сопротивления стабилитронов от напряжения и тока стабилизации
Напряжение стабилизации стабилитрона зависит от концентрации примесей
Лавинный пробой
Туннельный пробой возникает при концентрации примесей в кремнии от 1017см−3 до
1018см−3. При этом толщина
Рисунок 3. Перекрытие энергетических зон обратносмещённого
Так как толщина
Рисунок 4. Вид вольтамперных характеристик при лавинном и туннельном пробое
Граница между лавинным и туннельным пробоем соответствует напряжению стабилизации примерно 5,5 В. При напряжении стабилизации меньше 4,5 В, в стабилитроне пробой наступает за счет туннельного пробоя. При напряжении стабилизации больше 7 В пробой наступает за счет лавинного пробоя, а при напряжениях стабилизации от 4,5 В до 7 В в пробое участвуют как лавинный, так и туннельный механизм.
Кроме стабильности напряжения в зависимости от протекающего тока, определяемым дифференциальным сопротивлением, важным параметром стабилитрона является температурный коэффициент изменения напряжения — ТКН.
, (2)Следует отметить, что температурный коэффициент изменения напряжения при туннельном пробое отрицательный, а при лавинном пробое — положительный. Поэтому при напряжениях стабилизации около 5,6 В, где присутствуют и лавинный и туннельный пробой, удаётся создать прецизионные стабилитроны с очень малыми значениями температурного коэффициента изменения напряжения.
Обратите внимание, что в стабилитронах с подобным напряжением пробоя существует точка нулевого ТКН. Правда, она индивидуальна для каждого стабилитрона. Поставив генератор тока, формирующий ток, соответствующий точке нулевого ТКН, можно добиться высокой стабильности напряжения. Иллюстрация точки нулевого ТКН показана на рисунке 5.
Рисунок 5. Точка нулевого ТКН в стабилитроне
Дополнительно температурный коэффициент напряжения удается снизить в термокомпенсированных стабилитронах. В них
стабилитроны включаются встречно-последовательно. В результате взаимной компенсации ухода напряжения в прямой ветви ВАХ
Рисунок 6. Принцип работы термокомпенсированного стабилитрона
Условно-графическое обозначение термокомпенсированного стабилитрона приведено на рисунке 7.
Рисунок 7. Условно-графическое обозначение термокомпенсированного стабилитрона
Как видно из вольтамперной характеристики, приведённой на рисунках 1 и 4, для правильной работы стабилитрон должен подключаться в обратном направлении. При этом его ток подбирается таким образом, чтобы при изменении тока нагрузки напряжение на ней не изменялось. Промышленностью выпускаются стабилитроны с напряжением стабилизации Ucт от 3,3 до 180 В. Классическая схема параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне приведена на рисунке 8.
Рисунок 8. Схема стабилизатора напряжения на стабилитроне
В термокомпенсированных стабилитронах полярность можно не соблюдать, так как они представляют собой встречно включенные стабилитроны. В них токи стабилизации в зависимости от модели электронного прибора могут составлять от 0,5 мА до 1,4 А. Принципиальная схема стабилизатора напряжения на термокомпенсированном стабилитроне приведена на рисунке 9.
Рисунок 9. Cхема стабилизатора напряжения на термокомпенсированном стабилитроне
Стабилизация напряжения за счет пробоя
Стабистор — это полупроводниковый прибор, в котором формирование стабильного напряжения производится на прямой
ветви вольтамперной характеристики
Рисунок 10. Вольтамперная характеристика стабистора
В этом случае напряжение стабилизации составляет
Рисунок 11. Cхема стабилизатора напряжения на стабисторе
Дата последнего обновления файла 18.08.2024