Напівпровідникові стабілітрони - студопедія
Напівпровідникові стабілітрони призначені для стабілізації напруги. Їх робота заснована на використанні явища електричного пробою - переходу при включенні діода в зворотному напрямку.
Механізм пробою може бути тунельним, лавинним або змішаним. У низьковольтних стабілітронів (з низьким опором бази) більш ймовірний тунельний пробій. У стабілітронів з високоомній базою пробій носить лавинний характер. Матеріали, використовувані для - переходу стабілітронів, мають високу концентрацію домішок. При цьому напруженість електричного поля в - переході значно вище, ніж у звичайних діодів. При відносно невеликих зворотних напругах в - переході виникає сильне електричне поле, що викликає його електричний пробій. В цьому режимі електричний пробій не переходить в тепловий.
Стабілітрони виготовляють з кремнію, що забезпечує отримання необхідної вольт-амперної характеристики. Германієві діоди для стабілізації напруги непридатні, так як пробій у них легко набуває форму теплового, і характеристика в цьому режимі має нестійкий падаючу ділянку.
Вольт-амперна характеристика напівпровідникового стабілітрона показана на малюнку 1.9.
Малюнок 1.9- Умовне позначення (а);
вольт-амперна характеристика стабілітрона (b)
У точці, де пробою є досить стійким, ток зазвичай має величину порядку 50-100 мкА. Після цієї точки струм різко зростає, і допустима величина його обмежується лише потужністю розсіювання:
В сучасних стабілітронах максимальний струм коливається в межах від декількох десятків міліампер до декількох ампер. Перевищення максимального струму призводить до виходу стабилитрона з ладу.
Робоча напруга стабілітрона, що є напругою пробою - переходу, залежить від концентрації домішок в - структурі і лежить в межах 4 - 200 В.
Напруга стабілітрона в робочому режимі мало залежить від струму, що є основою застосування цих приладів. На робочому ділянці характеристики
(Від до) залежність напруги від струму характеризує диференційний опір стабілітрона:
Воно становить кілька десятків і навіть одиниць Ом, причому менша величина відповідає стабілітронах, які мають робочу напругу 7 - 15 В і великий робочий струм.
Крім перерахованих вище, до параметрів стабілітрона відноситься температурний коефіцієнт напруги ТКН. показує відносну зміну напруги стабілізації при зміні температури на один градус:
Стабілітрони широкого застосування мають порівняно високим температурним коефіцієнтом напруги (≈ 10 -3 К -1). Більш високою температурною стабільністю мають прецизійні стабілітрони (рисунок 1.10, а). в яких послідовно з'єднані кілька - переходів. Один з них - стабілізуючий - включений у зворотному напрямку, інші - термокомпенсирующих - включені в прямому напрямку.
Малюнок 1.10 - Структура прецизійного стабілітрона з термокомпенсирующих переходами (а); умовне позначення двоханодного діода (b)
При підвищенні температури напруга на стабилизирующем переході зростає, а на термокомпенсирующих переходах - зменшується; їх кількість можна підібрати так, що, результуюча напруга на стабілітроні змінюється незначно і температурний коефіцієнт виходить близько
Для стабілізації двополярної напруги та для захисту електричних ланцюгів від перенапруг обох полярностей застосовують двуханодний стабілітрони (рисунок 1.10, b), які мають симетричну вольт-амперну характеристику. Такі стабілітрони виготовляють шляхом введення домішок в пластину кремнію одночасно з двох сторін. При цьому утворюються два-переходу, включених зустрічно. Для обмеження амплітуди імпульсів напруги розроблені імпульсні, «швидкі» стабілітрони. При миттєвому зміні напруги наростання лавини в них відбувається за дуже короткий проміжок часу (близько 10 -11 с). Ця обставина дозволяє використовувати імпульсний стабілітрон як іскробезпечного бар'єру, який запобігає потраплянню високої напруги в зону підвищеної вибухонебезпечності.
Різновидом стабилитрона є стабистор - напівпровідниковий діод, в якому для стабілізації напруги використовується пряма гілка вольт-амперної характеристики. Відмінною особливістю стабисторов, в порівнянні зі стабілітронами, є менша напруга стабілізації, яке становить приблизно 0,7 В. Для збільшення напруги стабілізації використовують послідовне з'єднання декількох стабисторов, змонтованих в одному корпусі або сформованих в одному кристалі. Для збільшення крутизни прямої гілки вольт-амперної характеристики базу Стабистор роблять низкоомной. Через малого опору бази товщина - переходу виявляється дуже невеликий, тому напруга пробою стабисторов не перевищує декількох вольт.