Напівпровідникові стабілітрони

Стабілітронами називаються діоди, які призначені для стабілізації рівня напруги в електронних схемах. З цією метою використовують діоди, ВАХ яких має ділянку зі слабкою залежністю напруги від струму, що протікає. Як стабілітрони використовуються площинні кремнієві діоди, на зворотній гілці ВАХ яких ділянка стабілізації створюється внаслідок лавинного або тунельного пробою (рис. 2.2).

На ВАХ рис. 2.2 межі ділянки стабілізації позначені точками А та В. Положенню точки А відповідає напруга пробою стабілітрона , яка залежить від питомого опору вихідного матеріалу, тобто від концентрації домішок. Точка В відповідає граничному режиму, в якому на стабі­літроні розсіюється максимально допустима потужність.

Рисунок 2.2 – ВАХ напівпровідникового стабілітрона

Низьковольтні стабілітрони ( В) виготовляють із сильнолегованого кремнію (з великими концентраціями та ), - перехід у них вузький, у ньому тунельний пробій відбувається при невеликих напругах. Стабілітрони з В виготовляються з малою концентрацією домішок, - перехід у них широкий, і в ньому більш імовірним є лавинний пробій.

При напругах стабілізації від 6 до 8 В у стабілітронах може бути як лавинний, так і тунельний пробій. Концентрація домішок впливає не лише на величину ( ), а й на зміну ВАХ при зміні температури.

Для стабілітронів з малою концентрацією домішок зростання температури приводить до збільшення кількості вільних носіїв заряду і зменшення їх рухомості. Тому в таких стабілітронах при зростанні температури розвиток лавиноподібного процесу розмноження носіїв унаслідок ударної іонізації почнеться при більшій зворотній напрузі, тобто збільшується (рис. 2.2).

У низьковольтних стабілітронах (з великою концентра­цією домішок) зі зростанням температури зменшується ширина ЗЗ, зростає ймовірність тунельного пробою (переходу носія з ВЗ однієї області в ЗП іншої області), який і відбувається при менших напругах, ніж це було при початковій температурі, тобто зменшується.

Для стабілізації низьких напруг (біля одного вольта) використовують пряму гілку ВАХ діода при > . У цьому режимі в кремнієвих діодах також спостерігається слабка залежність напруги від струму, що протікає. Такі прилади називають стабісторами, їх характеристика зображена на рисунку 2.3.

Рисунок 2.3 – Характеристика стабістора

До параметрів стабілітронів належать:

· напруга стабілізації при даному струмі стабілізації;

· мінімально допустимий струм стабілізації ;

· максимально допустимий струм ;

· максимально допустима потужність , що розсіюється стабілітроном;

· диференціальний опір ;

· температурний коефіцієнт напруги стабілізації (ТКН), який визначається відношенням відносної зміни напруги стабілізації ( ) до абсолютної зміни температури при постійному :

. (2.3)

Із розглянутої температурної зміни ВАХ стабілітронів випливає, що низьковольтні стабілітрони ( 6 В) мають від’ємний ТКН, високовольтні ( 8В) – додатний ТКН. Для зменшення температурної залежності послідовно зі стабілітроном включають у прямому напрямі діод, який має ТНК протилежного знака. Цей спосіб використовується в прецизійних стабілітронах типу Д818, які мають усередині одного корпуса кілька послідовно з’єднаних переходів.

Прикладом стабілітрона може бути КС 168А – стабілітрон кремнієвий, призначений для пристроїв широкого вжитку, напруга стабілізації 6,8 В, допустима максимальна потужність не перевищує 0,3 Вт. Приклад стабістора: 2С107А – стабістор кремнієвий спеціального призначення, напруга стабілізації В, допустима потужність 0,3Вт.

Застосування стабілітронів розглянемо на прикладі найпростішого параметричного стабілізатора постійної напруги (рис. 2.4). При збільшенні одразу зростає , робоча точка на ділянці стабілізації зміщується донизу, що означає зменшення опору стабілітрона. Струм через стабілітрон зростає, загальний струм у колі зростає (струм навантаження майже не змінюється, бо напруга на кінцях стабілітрона майже постійна), збільшується спад напруги на гасильному резисторі , і відбувається такий перерозподіл напруг між та , що збільшення в усталеному режимі компенсується збільшенням , . Стабілітрон утримує незмінною вихідну напругу кола. Аналогічні процеси, тільки в зворотному напрямі, проходять при зменшенні вхідної напруги .

Рисунок 2.4 – Схема стабілізатора напруги