3. Стабилитрон

Условное графическое обозначение

Стабилитрон - полупроводниковый диод, предназначенный для стабилизации напряжения. В качестве материала для полупроводниковых стабилитронов ис­пользуется, как правило, кремний, обладающий более высокой температурной стабильностью.

ВАХ стабилитрона показана на рис.3.1

Рис.3.1 ВАХ стабилитрона

В прямом направлении ВАХ стабилитрона практически не отличается от прямой ветви любого кремниевого диода.

Обратная ветвь ВАХ (рабочая) имеет вид прямой вертикальной линии, проходящей поч­ти параллельно оси токов.

Нормальным режимом работы стабилитрона являет­ся работа при обратном напряжении на участке электрического пробоя р-п-перехода.

При изменении в широких пределах тока через прибор паде­ние напряжения на нем практически не изменяется. Это свойство кремниевых диодов и позволяет использовать их в качестве стабилизатора напряжения.

Для того, чтобы предотвратить тепловой пробой в конструкции стабилитрона пре­дусмотрен отвод тепла от р-п-перехода.

Пример: Схема включения стабилитрона

Распространенная схема стабилизации постоянного напряжения, рис.3.2:

Рис.3.2 Схема параметрического стабилизатора напряжения

При изменении величины входного напряжения или нагрузки выходное напряжение стабилизатора остается постоянным.

Выходное напряжение стабилизатора не может быть абсолютно стабильным. Приращения U_cm малы, но все же зависят от приращений входного напряжения U ип.

Uип = U cm + I _R0R₀ , где r_о - токоограничивающий резистор.

I _R0 = (U ип - U cm)/ R₀,

при приращении входного напряжения U ип+ U ип

I’_R0 = (U вх+ U ип - U cm)/ R₀

и I’_R0 > I _R0

а т. к. напряжение на нагрузке постоянно и равно напряжению стабилизации (ток через Iн не меняется), то ток через стабилитрон увеличится.

Параметром, определяющим качество стабилизатора является коэффициент стабилизации.

Коэффициент стабилизации определяется, как отношение относительного изменения напряжения на входе стабилизатора к относительному изменению стабилизированного напряжения на выходе:

(при этом ток 1_Н считается постоянным).

Основные параметры стабилитронов

1 . Напряжение стабилизации (3 - 200B).

2. Минимальный ток стабилизации 1_ст (~3 мА) - значение тока протекающего через стабилитрон, при котором возникает устойчивый пробой.

3. Максимальный ток стабилизации 1_гт (~20 мА – 1А) — значение тока протекающего через стабилитрон, при котором мощность, рассеиваемая на стабилитроне, не превышает допустимого значения.

4. Максимальная мощность рассеяния P_paсc = U_cm • I_cm - наибольшая мощность, выделяемая на p-n-переходе, при которой не возникает теплового пробоя перехода.

5. Дифференциальное сопротивление r_cm =  U_cm/ I_cm отношение приращения напряжения на стабилитроне к приращению тока в режиме стабилизации. Характеризует степень стабильности напряжения стабилизации при из­менении тока пробоя.

На участке стабилизации r_cm ~ const; r_cm =0,5- 200 Ом.

6. Температурный коэффициент напряжения (TKU) стабилизации

где t₁ °C - исходная температура.

TKU = 0,1 ...0,01%/°С