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. В последнее время распространилось большое количество переводной литературы, в которой стабилитроны называют диодами Зенера. Полупроводниковые 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.

ВАХ стабилитрона
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.

Формула вычисления дифференциального сопротивления стабилитрона,        (1)

Напряжение стабилизации стабилитрона зависит от концентрации примесей p-n перехода, на основе которого изготавливаются полупроводниковые стабилитроны. 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 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, важным параметром стабилитрона является температурный коэффициент изменения напряжения — ТКН.

Формула вычисления температурного коэффициента изменения напряжения стабилитрона,        (2)

Следует отметить, что температурный коэффициент изменения напряжения 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 температурного коэффициента изменения напряжения.

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 p-n перехода и обратной ветви ВАХ стабилитрона удается получить ТКН порядка 0,0005 %/°C (5 ppm/°C). Условно-графическое обозначение термокомпенсированного стабилитрона приведено на рисунке 2.

УГО термокомпенсированного полупроводникового стабилитрона
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 от 1,5 до 180 В. Классическая схема параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне приведена на рисунке 3.

Схема включения стабилитрона
Рисунок 3. 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 4.

Схема стабилитрона компенсированного
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.

Стабистор — это полупроводниковый прибор, в котором формирование стабильного напряжения производится на прямой ветви вольтамперной характеристики p-n перехода. Пример ВАХ стабистора приведён на рисунке 5.

ВАХ стабистора
Рисунок 5. Вольтамперная характеристика стабистора

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. Принципиальная схема включения стабистора в параметрическом стабилизаторе напряжения приведена на рисунке 6.

Принципиальая схема включения стабистора
Рисунок 6. Cхема стабилизатора напряжения на стабисторе

Дата последнего обновления файла 1.07.2022


Понравился материал? Поделись с друзьями!


Литература:

  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

Вместе со статьей "Стабилитроны и стабисторы" читают:

p-n переход
https://digteh.ru/foe/pn_perehod/

Выпрямительные диоды
https://digteh.ru/foe/diod/vypryam/

Обращённые диоды
https://digteh.ru/foe/diod/obr/

Варикапы
https://digteh.ru/foe/diod/varycap/

Тунельные диоды
https://digteh.ru/foe/diod/tunel/

PIN диоды
https://digteh.ru/foe/diod/pin/

Диоды Шоттки
https://digteh.ru/foe/diod/schottky/

Светодиоды
https://digteh.ru/foe/diod/svet/


Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 ... 2022

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/~mavr
http://digital.sibsutis.ru/

Поиск по сайту сервисом Яндекс
Поиск по сайту сервисом ГУГЛ
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.

Top.Mail.Ru


Яндекс.Метрика