Стабилитроны и стабисторы

Стабилитрон — это полупроводниковый диод, в котором из-за электрического пробоя p-n перехода напряжение на нём сохраняется постоянным при значительном изменении тока. Стабилитроны обычно применяются для создания опорного напряжения в компенсационных или параметрических стабилизаторах. Ещё одним применением стабилитронов в настоящее время стала защита входных цепей радиоаппаратуры от мощных импульсных помех. Типовая вольтамперная характеристика полупроводникового стабилитрона приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Вольтамперная характеристика стабилитрона

Стабильность выходного напряжения ΔU при изменении тока, протекающего через стабилитрон зависит от его дифференциального сопротивления. Напряжение стабилизации изменяется при увеличении или уменьшении концентрации примесей p-n перехода. Следует отметить, что в зависимости от степени легирования полупроводникового материала пробой p-n перехода будет либо лавинным, либо туннельным.

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 стабилизацее 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.

Следует отметить, что температурный коэффициент изменения напряжения ТКН при туннельном пробое отрицательный, а при лавинном пробое — положительный. Поэтому при напряжениях стабилизации около 6 В, где присутствуют и лавинный и туннельный пробой, удаётся создать прецизионные стабилитроны с очень малыми значениями ТКН.

Дополнительно температурный коэффициент напряжения удается снизить в термокомпенсированных стабилитронах. В них стабилитроны включаются встречно-последовательно. В результате взаимной компенсации ухода напряжения в p-n переходе и стабилитроне удается получить ТКН 0,0005 %/°C (5 ppm/°C). Условно-графическое обозначение термокомпенсированного стабилитрона приведено на рисунке 2.

Рисунок 2. Условно-графическое обозначение термокомпенсированного стабилитрона

Как видно из вольтамперной характеристики, приведённой на рисунке 1, 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 U_cт от 1,5 до 180 В. Классическая схема параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне приведена на рисунке 3.

Рисунок 3. Cхема 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. Cхема стабилизатора напряжения на стабилитроне приведена на рисунке 4.

Рисунок 4. Cхема стабилизатора напряжения на термокомпенсированном стабилитроне

Стабилизация напряжения за счет пробоя p-n перехода возможна при относительно больших напряжениях. Обычно больше 3,3 В. Стабисторы, в отличие от стабилитронов, создают стабильное напряжение на прямой ветви вольтамперной характеристики p-n перехода. В этом случае напряжение стабилизации составляет 0,7 ... 1,9 В. Это такие отечественные полупроводниковые приборы как КС107А на напряжение 0,7 В, КС113А на напряжение 1,3 В, КС119А на напряжение 1,9 В. Схема включения стабистора в параметрическом стабилизаторе напряжения приведена на рисунке 5.

Рисунок 5. Cхема стабилизатора напряжения на стабисторе

Дата последнего обновления файла 20.11.2020

1. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника. Под редакцией Федорова Н. Д. - М.: Радио и связь, 1998. -560 с.
2. Электронные приборы. Под редакцией Шишкина Г.Г. -М.: Энергоатомиздат, 1989.-496 с.
3. Батушев В. А. Электронные приборы. -М.: Высшая школа, 1980. -383 с.
4. Савиных В. Л. Физические основы электроники. Методические указания и контрольные задания. СибГУТИ, 2002.
5. Савиных В. Л. Физические основы электроники. Учебное пособие. СибГУТИ, 2003. -76 с.
6. Стабилитрон url:https://ru.wikipedia.org/wiki/Стабилитрон
7. Стабилитрон со скрытой структурой url:https://ru.wikipedia.org/wiki/Стабилитрон_со_скрытой_структурой
8. Стабистор url:https://ru.wikipedia.org/wiki/Стабистор

Об авторе:
к.т.н., доц., Александр Владимирович Микушин

Кандидат технических наук, доцент кафедры САПР СибГУТИ. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания (1982) Новосибирского электротехнического института связи (НЭИС).

А.В.Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре "Сигнал", Научно производственной фирме "Булат". В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи.

Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи "Сигнал-201", авиационной системы передачи данных "Орлан-СТД", отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения.

А.В.Микушин является автором более 100 научных и научно-методических работ, в том числе 20 книг.