Стабилитроны. Полупроводнико́вый стабилитро́н — полупроводниковый диод, работающий при обратном смещении в режиме пробоя

Полупроводнико́вый стабилитро́н — полупроводниковый диод, работающий при обратном смещении в режиме пробоя. До наступления пробоя через стабилитрон протекают незначительные токи утечки, а его сопротивление весьма высоко. При наступлении пробоя ток через стабилитрон резко возрастает, а его дифференциальное сопротивление падает до величины, составляющей для различных приборов от долей Ома до сотен Ом. Поэтому в режиме пробоя напряжение на стабилитроне поддерживается с заданной точностью в широком диапазоне обратных токов. Стабилитроны проектируются и изготавливаются таким образом, что либо туннельный, либо лавинный пробой, либо оба эти явления вместе возникают задолго до того, как в кристалле диода возникнут предпосылки к тепловому пробою.

На рисунке 6.5 видно, что для заданной температуры большие изменения тока не приводят к существенному изменению пробивного напряжения.

Графическое изображение стабилитрона приведено на рисунке 6.6

Как правило стабилитроны использую в качестве опорного напряжения, т.е.поддержания постоянного напряжения питания на элементах схемы.

Простейший параллельный стабилизатор состоит из балластного резистора R, включенного последовательно между источником питания и нагрузкой X, и стабилитрона, шунтирующего нагрузку на общий провод («на землю»). (см. рисунок 6.7) Разница между напряжением питания и напряжением пробоя стабилитрона падает на балластном резисторе, а протекающий через него ток питания разветвляется на ток нагрузки и ток стабилитрона. Стабилизаторы такого рода называются параметрическими: они стабилизируют напряжение за счёт нелинейности вольт-амперной характеристики стабилитрона, и не используют цепи обратной связи.

В приведённом случае вероятен выход из строя элементов стабилизатора или срыв стабилизации при следующих случаях:

- Подача на вход стабилизатора максимально возможного напряжения питания при коротком замыкании выхода стабилизатора на общий провод — например, на время зарядки разряженного конденсатора, подключенного непосредственно к выходу стабилизатора, или при катастрофическом отказе стабилитрона. Допустимая мощность рассеивания балластного резистора должна быть достаточной, чтобы выдержать подобное замыкание. В противном случае вероятно разрушение балластного резистора.

- Подача на вход стабилизатора максимально возможного напряжения питания при отключении нагрузки от выхода стабилизатора. Допустимый ток стабилитрона должен превышать расчётный ток через балластный резистор, определяемый по закону Ома. В противном случае при разогреве кристалла стабилитрона свыше +175 °С стабилитрон разрушается. Соблюдение паспортной области безопасной работы так же важно для стабилитронов, как и для транзисторов.

- Отбор нагрузкой максимально возможного тока при подаче на вход стабилизатора минимально возможного напряжения питания. Сопротивление балластного резистора должно быть достаточно мало, чтобы и в этих условиях ток через резистор превышал ток нагрузки на величину, равную минимально допустимому току стабилитрона. В противном случае ток стабилитрона прерывается, стабилизация прекращается.

Основные параметры стабилитрона:

U_ст – напряжение стабилизации при заданном токе в режиме пробоя;

I_ст,мин и I_{ст,макс} – минимально допустимый и максимально допустимый токи стабилизации;

r_ст – дифференциальное сопротивление стабилитрона на участке пробоя;

a_Uст- температурный коэффициент напряжения (ТКН) стабилизации при заданном токе стабилизации. Туннельный пробой характеризуется отрицательным ТКН, а лавинный - положительным.

Для стабилизации малых напряжений (0,3…1,9В) используют диоды, называемые стабисторами, которые работают в прямом режиме, имеют специальную форму прямой ветви. Обозначение такое же, как у выпрямительных диодов.