напівпровідникові стабілітрони
Напівпровідникові стабілітрони.
Напівпровідникові стабілітрони, звані іноді опорними діодами, 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 (порівняно високоомних) пробою носить лавинний характер. Матеріали, використовувані для створення -переходу стабилитронов, мають високу концентрацію домішок. При цьому напруженість електричного поля в значно вище, ніж у звичайних діодів. При відносно невеликих зворотних напругах в виникає сильне електричне поле, що викликає його електричний пробій. В цьому режимі нагрівання діода не носить лавиноподібного характеру. Тому електричний пробій не переходить в тепловий.
Як приклад на рис. 2.14, а наведено вольт-амперні характеристики стабілітрона при різних температурах. На рис. , В показані умовне позначення стабилитронов і його включення в схему стабілізації напруги.
Основні параметри стабілітронів і їх типові значення
1. Напруга стабілізації - падіння напруги на стабілітроні при протіканні заданого струму стабілізації (кілька вольт - десятки вольт).
2. Максимальний струм стабілізації (кілька - кілька А).
3. Мінімальний струм стабілізації (частки - десятки).
4. Диференціальний опір гдіф, яке визначається при заданому значенні струму на ділянці пробою як (частки Ом - тисячі Ом).
Мал. 2.14. Вольт-амперна характеристика стабілітрона, його умовне позначення і включення напівпровідникового стабілітрона в схему стабілізації напруги на навантаженні (в)
5. Температурний коефіцієнт напруги стабілізації - відносна зміна напруги стабілізації при зміні температури навколишнього середовища на: (- тисячні частки відсотка).
Диференціальний опір при збільшенні струму стабілізації зменшується на 10-20%. Це пояснюється тим. що при збільшенні прикладеної напруги збільшується площа ділянок, - на яких стався пробій. При струмі, близькому до номінального, його опір близько до значення власного опору бази.
Пробійні режим не пов'язаний з інжекцією неосновних носіїв. Тому в стабілітроні інерційні явища, пов'язані з накопиченням і розсмоктуванням носіїв, при переході з області пробою в область замикання і назад практично відсутні. Це дозволяє використовувати їх в імпульсних схемах в якості фіксаторів рівнів і обмежувачів. Включення напівпровідникових стабілітронів в схему стабілізації вихідної напруги показано на рис. 2.14, в. При збільшенні напруги живлення збільшується струм в ланцюзі, а падіння напруги на стабілітроні і на навантаженні залишається незмінним. При збільшенні струму через стабілітрон зростає падіння напруги на резисторі R. Іншими словами, майже всі прирощення напруги живлення падає на резисторі, а вихідна напруга залишається незмінним за рахунок своєрідної характеристики зворотної гілки стабилитрона.
Параметри ланцюга стабілізації напруги вибирають так, щоб задовольнялися такі очевидні нерівності:
де - максимальне і мінімальне напруження джерела живлення; - максимальний і мінімальний струми навантажень, які будуть відповідно при.
Якщо нерівності (2.29), (2.30) не задовольняються, то реалізувати параметричний стабілізатор напруги, який має задані параметри, можна і необхідно застосовувати більш складні технічні рішення.
Для зменшення температурного коефіцієнта напруги стабілізації послідовно з стабілітроном включають додатковий діод (рис. 2.15, а). При цьому вид вольт-амперної характеристики (рис. 2.14, а) при прямій напрузі U змінюється і ця ділянка являє зворотну гілку характеристики діода.
На відміну від вищерозглянутого такий компенсований стабілітрон практично не змінює параметри напруги, полярність якого протилежна стабилизируемого, що зручно при побудові ряду пристроїв.
Дані стабілітрони отримали назву прецизійних і випускаються промисловістю у вигляді закінчених компонентів, наприклад та ін. В них додатково нормуються тимчасова нестабільність напруги стабілізації (тисячні частки відсотка - частки відсотка) і час виходу на режим, при якому забезпечується задана тимчасова нестабільність (десятки хвилин).
У прецизійних стабілізаторах напруги замість резистора R встановлюють стабілізатор струму. Він необхідний тому, що при зміні струму через стабілітрон на величину падіння напруги на ньому змінюється на. Тому чим менше, тим точніше буде підтримуватися необхідне значення напруги.
При необхідності забезпечити стабілізацію двополярної напруги стабілітрони включають послідовно (рис. 2.15, б), а прецизійні (з додатковими компенсаційними діодами) - паралельно (рис. 2.15, в).
Крім того, промисловість випускає так звані двуханодний стабілітрони, наприклад і т. Д. Які забезпечують стабілізацію та обмеження двополярної напруги (рис. 2.15, г). Для них додатково нормують абсолютне значення несиметричності напруги стабілізації (частки В).
При необхідності стабілізувати або обмежувати короткі імпульси напруги (тривалістю десятки ні - сотні) слід застосовувати стабілітрони, спеціально призначені для цих цілей, наприклад та ін. Вони мають знижене значення бар'єрної ємності, так що загальна ємність становить кілька - два десятка, і малу тривалість перехідного процесу (долі не - дещо не).