Стабилитроны и стабисторы

Стабилитроном называется полупроводниковый диод, на обратной ветви ВАХ которого имеется участок с сильной зависимостью тока от напряжения (рисунок 2.7), т.е. с большим значением крутизны DI/DU (DI = I_{СТ MAX} – I_{СТ MIX}). Если такой участок соответствует прямой ветви ВАХ, то прибор называется стабистором.

Стабилитроны используются для создания стабилизаторов напряжения.

Напряжение стабилизации U_СТ соответствует напряжению электрического (лавинного) пробоя p-n-перехода при некотором заданном токе стабилизации I_СТ (рисунок 2.7). Возможности получения стабильного напряжения характеризуются дифференциальным сопротивлением стабилитрона r_Д = DU/DI, которое должно быть как можно меньше.

К параметрам стабилитрона относятся: напряжение стабилизации U_СТ, минимальный и максимальный токи стабилизации I_{СТ MIN} и I_{CT MIN}, дифференциальное сопротивление r_Д, а так же температурный коэффициент напряжения стабилизации (TKU) – относительное изменение напряжения стабилизации ΔU_СТ при изменении температуры корпуса прибора на 1^о С.

Промышленностью выпускаются стабилитроны с параметрами: U_cт от 1,5 до 180 В, токи стабилизации от 0,5 мА до 1,4 А.

Выпускаются также двуханодные стабилитроны, служащие для стабилизации разнополярных напряжений и представляющие собой встречно включенные p-n переходы.

Рис. 2.7. К определению

параметров стабилитронов

Простейшая схема стабилизации напряжения с использованием стабилитрона представлена на рисунке 2.8. Сопротивление нагрузки R_Н подключается параллельно стабилитрону, гасящее сопротивление R_Г служит для ограничения тока через стабилитрон.

Рис. 2.8. Схема включения стабилитрона

Тогда:

(2.3)

В результате уравнение нагрузочной прямой примет вид:

(2.4)

Точка пересечения этой прямой с ВАХ стабилитрона есть рабочая точка. На рисунке 2.9 приведена характеристика стабилитрона и две нагрузочные прямые при двух напряжениях питания U_П1 и U_П2. При изменении напряжения источника питания (напряжения на входе схемы) нагрузочная прямая перемещается параллельно самой себе.

Рис.2.9. Характеристика стабилитрона с нагрузочными характеристиками.

Т.к. входное напряжение может, как увеличиваться, так и уменьшаться, то рабочая точка выбирается на середине участка стабилизации. При этом ток, текущий через стабилитрон I_СТ1 и I_СТ2 будет изменяться в соответствии с колебаниями входного напряжения, но напряжение на выходе схемы (напряжение на стабилитроне) будет оставаться практически неизменным.

В случае изменения сопротивления нагрузки при постоянном напряжении источника питания изменяется наклон нагрузочной прямой. При этом так же, как и в рассмотренном выше случае, изменяться будет ток, текущий через стабилитрон, а напряжение на стабилитроне останется постоянным.

Кроме стабилизации постоянного напряжения стабилитроны используют в стабилизаторах и ограничителях импульсного напряжения, в схемах выпрямления, в качестве управляемых емкостей, шумовых генераторов и элементов межкаскадных связей в усилителях постоянного тока и импульсных устройствах.

Разновидностью стабилитрона является стабистор, в котором для стабилизации напряжения используется прямая ветвь ВАХ. Отличительная особенность стабисторов по сравнению со стабилитронами заключается в меньшем напряжении стабилизации, составляющем примерно 0,7 В при комнатной температуре. Стабисторы могут применяться совместно со стабилитронами в качестве термокомпенсирующих элементов.