3.4.8. Стабилитроны и стабисторы
Стабилитроном называют полупроводниковый диод, напряжение на котором в области электрического пробоя при обратном включении слабо зависит от протекающего по нему тока.
Вольт-амперная характеристика стабилитрона представлена на рис. 3.16. После достижения обратного напряжения значения, при котором возникает электрический пробой р-n перехода, обратный ток через стабилитрон резко возрастает, причем в пределах изменения этого тока от I ст мин до I ст макс (участок ДЕ) падение напряжения на стабилитроне остается практически постоянным. Оно носит название напряжения стабилизации Uст. Напряжение пробоя, а следовательно, и напряжение стабилизации зависит от концентрации примесей в полупроводнике и лежит в пределах от 4 до 400 вольт.
В случае большой концентрации примесей р-n переход получается узким и в нем даже при малых напряжениях (Uпроб 6 В) возникает электрическое поле, вызывающее туннельный пробой.
При малой концентрации примеси р-n переход имеет значительную ширину, в результате лавинный пробой наступает раньше, чем туннельный (при Uпроб > 6 В).
Стабилитроны изготавливаются из кремния, так как в германиевых диодах электрический пробой легко переходит в тепловой.
Рис. 3.16
Стабилитроны характеризуются следующими основными параметрами (рис 3.16):
напряжением стабилизации Uст – напряжение на стабилитроне при протекании заданного тока стабилизации I ст;
максимальным и минимальным током стабилизации I ст мин и I ст макс. Минимальный ток определяется наступлением устойчивого пробоя. Максимальный ток ограничивается мощностью, рассеиваемой на диоде Рмакс. При токе, превышающем I ст макс, наступает тепловой пробой, в результате которого стабилитрон выходит из строя;
дифференциальным
сопротивлением
Ом;
температурным
коэффициентом напряжения ТКН (
),
определяемым относительным изменением
напряжения стабилизации при изменении
температуры окружающей среды на один
градус при постоянном значении тока
стабилизации.
град.
При лавинном пробое положителен, при туннельном – отрицателен. Для компенсации температурных изменений применяются различные методы. Условное графическое изображение стабилитрона показано на рис 3.17.
Рис. 3.17
В настоящее время серийно выпускаемые промышленностью стабилитроны подразделяются на стабилитроны общего назначения и прецизионные. Стабилитроны общего назначения используются в стабилизаторах, ограничителях постоянного или импульсного напряжения, а также в качестве элементов межкаскадной связи в усилителях, релаксационных генераторах, как выпрямители, управляемые емкости, шумовые генераторы. Прецизионные стабилитроны используются в качестве источников эталонного напряжения или опорных элементов в различных схемах, где необходима высокая точность стабилизации уровня напряжения.
Прямая ветвь вольт-амперной характеристики стабилитрона подобна прямой ветви обычного диода. Постоянное прямое напряжение при токах больших 1 мА для многих кремниевых диодов составляют 0,6 …1 В. Промышленностью выпускается группа полупроводниковых стабилитронов, так называемых СТАБИСТОРОВ, с напряжением стабилизации U=0,7…1,9 В, в которых областью стабилизации является прямая ветвь вольт-амперной характеристики. Стабисторы характеризуются теми же основными электрическими параметрами, что и стабилитроны.