2.5 Стабилитрон

Стабилитроном называется полупроводниковый диод, работающий в режиме электрического пробоя. Условное обозначение стабилитрона представлено на рисунке 2.6,а с указанием анода и катода. При прямом включении стабилитрона (плюс на аноде, минус на катоде) вид В.А.Х. полностью совпадает с видом В.А.Х. выпрямительного диода. При обратном включении вид В.А.Х. так же похож на В.А.Х. выпрямительного диода. Однако при достижении обратного напряжения равного напряжению пробоя в стабилитроне не наступает тепловой пробой. При дальнейшем увеличении обратного напряжения в интервале от U_{ст. min} до U_{ст. max} происходит нарастание обратного тока от I_{ст. min} до I_ст.max. В этом состоит основное свойство стабилитрона, которое используется при построении стабилизаторов напряжения и тока и ряда других устройств. При превышении обратного напряжении величины U_{ст. max} происходит возрастание обратного тока, что приводит к разогреву p–n перехода и его тепловому пробою.

Итак, рабочим режимом стабилитрона является режим обратного включения.

Рисунок 2.6 – Условное обозначение (а) и В.А.Х. стабилитрона

Однако величина обратного напряжения не должна превышать U_{ст. max}. Для изготовления стабилитронов используется кремний, т.к. он обладает более высокой температурною стабильностью по сравнению с германием.

Основными параметрами стабилитрона являются:

U_{ст. min}, U_{ст. max} – минимальное и максимальное значения обратного напряжения, или минимальное и максимальное значение напряжений стабилизации;

U_ст. – среднее значение обратного напряжения, или среднее значение напряжения стабилизации;

I_{ст. min} , I_{ст. max} – минимальное и максимальное значения токов стабилизации, соответствующие минимальным и максимальным значениям напряжений стабилизации;

R_ст. – сопротивление стабилитрона при заданном обратном токе стабилитрона, значение которого находится, обычно, в середине интервала обратной В.А.Х. между I_{ст. min} и I_{ст. max};

R_{ст. дин.} – динамическое сопротивление стабилитрона в интервале I_{ст. min} и I_ст.max, отображающее крутизну обратного рабочего участка В.А.Х. и определяемого по формуле:

Чем круче рабочий участок В.А.Х. стабилитрона, тем выше его стабилизирующие свойства. Из формулы видно, что более крутой характеристике соответствует меньшее значение R_{ст. дин.}.

При расчёте цепи, содержащей стабилитрон, удобно пользоваться его схемой замещения (рисунок 2.7)

Рисунок 2.7 – Схема замещения стабилитрона

при обратном включении

В этой схеме E_ст. равно среднему значению напряжения стабилизации U_ст. стабилитрона. Величина R_ст. равна сопротивлению стабилитрона при заданном обратном токе (из справочника).

При использовании стабилитронов не редко приходится включать их последовательно – согласно (рисунок 2.8,а) и последовательно – встречно (рисунок 2.8,б).

Рисунок 2.8 – Схемы последовательного - согласного (а) и

последовательного - встречного (б) включения стабилитронов

На рисунке 2.9 показано построение эквивалентных В.А.Х. для каждого из включений стабилитронов. Для удобства будем считать, что стабилитроны одинаковые, а значит имеют одинаковые В.А.Х. Тогда на рисунке 2.9,а обеим стабилитронам соответствует В.А.Х. 1.

Рисунок 2.9 – Построение эквивалентных В.А.Х. для последовательно –

согласного (а) и последовательно - встречного (б) включения стабилитронов

Для получения эквивалентной В.А.Х. в обоих случаях необходимо воспользоваться графическим методом расчета нелинейных цепей постоянного тока. Для различных значений тока суммируются падения напряжений на стабилитронах.

При согласованном включении (рисунок 2.8,а) стабилитронов эквивалентная характеристика имеет вид В.А.Х. 2 (рисунок 2.9,а). Как видно, напряжение стабилизации при таком соединении стабилитронов возрастает (U_{ст. 2}) и равно сумме напряжений стабилизации каждого стабилитрона.

При встречном включении стабилитронов (рисунок 2.8,б) одному стабилитрону соответствует В.А.Х. 1 (рисунок 2.9,б). Другому стабилитрону, из - за встречного включения соответствует В.А.Х. 2, которая представляет собой обычную В.А.Х., но развернутую относительно начала координат. Эквивалентная В.А.Х. 3 получается суммированием напряжений для различных значений токов В.А.Х. 1 и В.А.Х. 2. Как видно, такое включение стабилитронов формирует напряжение стабилизации при одной и другой полярности подключаемого напряжения.

Последовательно – согласное включение стабилитронов (рисунок 2.8,а) применяется в тех случаях, когда величина требуемого напряжения стабилизации превышает напряжение стабилизации стабилитрона и используется для построения стабилитронов постоянного напряжения. Последовательно – встречное включение стабилитронов применяется для стабилизации переменного (двухполярного) напряжения.