2.Объяснить принцип построения аналоговых электрических моделей для моделирования функций с возрастающей крутизной.

3.Объяснить принцип построения аналоговых электрических моделей для моделирования функций с уменьшающейся крутизной.

9.Стабилитроны и их применение, стабисторы

9.1.Стабилитроны и их характеристики

Стабилитроны – специальные диоды, предназначенные для работы в режиме пробоя p-n-перехода. В отличие от выпрямительных диодов здесь используется обратная ветвь вольт-амперной характеристики перехода. Условное изображение прибора на схемах представлено на рис. 64.

Прямая ветвь вольт-амперной характеристики стабилитрона подобна характеристике выпрямительного диода. Обратная ветвь отлична. Она характеризуется наличием протяженного участка практически параллельного оси токов (рис. 65). Это значит, при изменении тока через прибор в пределах Icm min≤ I≤ Icm max, падение напряжения на нем остается практически постоянным.

Это обстоятельство используется в целях создания:

-источников опорных напряжений;

-источников питания со стабилизированными напряжениями;

88

- устройств ослабления пульсаций напряжения.

I

Uпб=Uст

I	min	U
ст

Iст max

Рис. 65

Встабилитронах используются два вида пробоя: лавинный пробой (пробой Аваланчи) и пробой Зенера.

Впервом случае по мере увеличения обратного напряжения, прикладываемого к p-n-переходу, напряженность электрического поля в его обедненной зоне становится столь большой, что энергия неосновных носителей, движущихся через переход, оказывается достаточной для выбивания электронов из атомов обедненной зоны. Этот процесс происходит

при некотором напряжении, называемом напряжением пробоя Uпр (напряжением Аваланчи), рис.65. Пробой означает катастрофичный рост электронов в обедненной зоне а следовательно и перевод перехода из непроводящего состояния в проводящее. Дозируя концентрацию электронов и дырок в n и p областях представляется возможным регулировать напряжение пробоя Uпб=Uсm.

89

Процесс лавинного умножения носителей электричества, обеспечивающий проводимость обратно смещенных p-n-переходов, сопряжен со случайным движением электронов. Это обстоятельство проявляется как некоторая случайная флуктуация тока через переход и воспринимается как шум.

Шум слегка увеличивается с уменьшением тока через переход и резко возрастает в моменты, соответствующие возникновению пробоя, рис.66. Частотный спектр шума очень широк. Наибольшее беспокойство вызывают его высокочастотные составляющие. Во многих случаях их удается ослабить, включая параллельно стабилитрону высокочастотный конденсатор ем-

костью около 0,1 мкФ. Лавинный пробой p-n-переходов невозможен при обратных напряжениях меньших 6В. Энергия носителей электричества, движущихся через переход, оказывается недостаточной для выбивания валентных электронов.

Стабилитроны с напряжением стабилизации меньшим 6 вольт изготавливаются по другой технологии. В этом случае p-n-переход делают очень тонким. Тогда при сравнительно низких обратных напряжениях градиент напряжения в обедненной зоне перехода может оказаться достаточным для «вырывания» валентных электронов из атомов обедненной зоны перехода. Это ведет к катастрофичному росту тока через обратно смещенный p-n-переход. Такой вид пробоя называется зенеровским. Он возможен при напряжениях, меньших 5 вольт. Как и в первом случае этот процесс случаен, что выражается шумом напряжения пробоя. Однако шум при зенеровском пробое на порядок меньше шума лавинного пробоя, рис.67.

90

Несмотря на различие в механизмах пробоя, оба вида приборов объединены в одну группу – группу стабилитронов – в силу похожести обратных ветвей их вольт-

амперных характеристик, рис.68. Тем не менее разный механизм пробоя обуславливает и различие в характеристиках приборов.

Как следует из рис.68, приборам с лавинным пробоем присущ более резкий переход из непроводящего состояния в проводящее. Наклон их вольт-амперных характеристик к оси токов больше, чем у зенеровских приборов. Это свидетельствует об их большем дифференциальном сопро-

тивлении rд= Uст/ Iст. Динамическое сопротивление стабилитронов меняется с изменением обратного тока через прибор. Оно уменьшается с увеличением тока. Тем не менее можно говорить о некотором среднем значении rд. Для приборов с Uст>6В оно примерно численно равно Uст.

Так для стабилитронов с мощностью рассеяния Pрас≈500мВт и Uст≈10В дифференциальное сопротивление примерно равно rд≈10Ом.

У приборов с зенеровским пробоем rд на порядок меньше.

91

Разнятся оба типа приборов и по их реакции на тепло. В приборах с лавинным пробоем Uст увеличивается с ростом температуры. Это происходит из-за того, что с повышением температуры растет термическое возбуждение атомов кристаллической решетки. В результате сокращается длина свободного пробега носителей и они не успевают обрести кинетическую энергию, достаточную для «выбивания» электронов.

В приборах с зенеровским пробоем термическое возбуждение атомов наоборот облегчает «вырывание» валентных электронов, и напряжение пробоя, как следствие, уменьшается.

Грубо температурный дрейф напряжения стабилизации в диапазоне температур от 0 до 100°С составляет от 5% до 10%.

Поскольку 6 вольт является границей перехода от приборов с положительным температурным коэффициентом к приборам с отрицательным, то приборы с Uст =(6÷7)В имеют приблизительно нулевой температурный дрейф.

Стабилитроны с малым температурным дрейфом можно построить парируя большой положительный температурный дрейф собственно стабилитрона, отрицательным температурным дрейфом обычного диода, включенного последовательно со стабилитроном в прямом направлении, рис.69 а.

Очевидно, что такой комбинированный прибор не пропускает ток в прямом для стабилитрона направлении. Помимо комбинированных стабилитронов с малым температурным дрейфом существуют стабилитроны двухсторонние – это два последовательно и встречно включенных стабилитрона. Их условное обозначение представлено на рис.69 б .

Основные параметры стабилитронов следующие:

- номинальное напряжение стабилизации – это падение напряжения на стабилитроне, измеренное при вполне определенном токе стаби-

лизации Icm min≤ I0≤ Icm max,;

- допуск на напряжение стабилизации определяет насколько может разниться номинальное напряжение стабилизации различных приборов одного и того же типа.;

92