Лабораторная работа №2 Полупроводниковый стабилитрон

1.3.3. Стабилитроны

Стабилитроном называют полупроводниковый диод, напряже­ние на котором слабо зависит от проходящего тока. Стабилитро­ны предназна­чены для стабилизации напряжения.

Принцип действия стабилитрона основан на использовании свойства р-п перехода при электрическом пробое сохранять прак­тически постоян­ную величину напряжения в определенном диа­пазоне изменения обрат­ного тока. Электрический пробой яв­ляется обратимым процессом и не приводит к выходу диода из строя при условии, что ток не превышает максимально допусти­мой величины.

Схема включения и вольт-амперная характеристика кремниевого стаби­литрона приведены на рис. 2-1. В стабилитроне используется только об­ратная ветвь характеристики. Рабочим участком АБ является ее часть, соответствующая электрическому пробою и ограниченная минималь­ным и максимальным токами. В стабилитронах применяется один из видов электрического пробоя: лавинный или туннель­ный.

Параметрами стабилитрона являются:

напряжение стабилизации U_cт — напряжение на стабилитроне при заданном токе стабилизации I_ст; оно практически равно на­пряжению про­боя;

минимальный ток стабилизации I_мин — наименьший ток, при котором сохраняется устойчивое состояние пробоя; поскольку необходимо полу­чение малого значения I_мин, стабилитроны из­готовляют из кремния;

максимальный ток стабилизации I_макс — наибольший ток, при кото­ром мощность, рассеиваемая на стабилитроне, не превы­шает макси­мально допустимого значения P_макс;

превышение I_макс приводит к тепловому пробою р-п- перехода и выходу из строя стабилитрона;

дифференциальное сопротивление r_диф — отношение прираще­ния на­пряжения стабилизации к вызвавшему его малому при­ращению тока:

r_диф определяется в рабочей точке Р и характеризует точность стабилиза­ции; чем оно меньше, тем лучше осуществляется ста­билизация;

статическое сопротивление R_стат — сопротивление стабилитро­на в рабочей точке при постоянном токе:

температурный коэффициент напряжения _cт показывает из­менение в процентах напряжения стабилизации при изменении температуры ок­ружающей среды на 1 °С.

Выпускаемые промышленностью кремниевые стабилитроны имеют напряжение стабилизации в пределах 3—200 В, мини­мальный ток от 1 до 10 мА, максимальный ток от 2 мА до 2 А, дифференциальное сопротив­ление 0,5—500 0м.

В стабилитронах с большим напряжением стабилизации используется лавинный пробой, а в стабилитронах с малым на­пряжением стабилизации —туннельный.

Схема включения стабилитрона для стабилизации напряже­ния на на­грузке приведена на рис. 2-1, а. Последовательно со стабилитроном в цепь источника постоянного тока включено балластное сопротивление R_б для ограничения тока, а парал­лельно стабилитрону — нагрузка. Поляр­ность источника пита­ния Е соответствует обратному напряжению на ста­билитроне.

При увеличении напряжения питания Е при постоянном R_н увеличи­вается ток в цепи, протекающий через балластное со­противление и ста­билитрон. Напряжение на стабилитроне и на нагрузке U_н=U_ст остается неизменным, а избыток напряжения питания гасится на балластном со­противлении R_б. В случае из­менения сопротивления нагрузки R_н при постоянной величине Е ток через R_б остается неизменным, но происхо­дит перераспре­деление токов между стабилитроном и нагрузкой, а на­пряжение на стабилитроне и нагрузке все равно остается неизменным.

Кремниевые стабилитроны используют не только для стаби­лизации напряжения, но и в качестве источников опорного на­пряжения, с кото­рым сравнивается напряжение на нагрузке.

Существуют полупроводниковые диоды, предназначенные для стаби­лизации напряжения с использованием в качестве рабо­чего участка от­резка прямой ветви вольт-амперной характерис­тики, на котором прямое напряжение слабо зависит от тока. Такой полупроводниковый диод носит название стабистора.