3. Стабилитроны

Полупроводниковый стабилитрон (диод Зеннера) – это полупроводнико­вый диод, напряжение на котором в области электрического пробоя слабо зави­сит от тока и который используется для стабилизации напряжения (поддержа­ния неизменного уровня).

В полупроводниковых стабилитронах используется свойство незначи­тельного изменения обратного напряжения на р-n переходе при электрическом пробое. Это связано с тем, что небольшое увеличение напряжения на р-n пере­ходе в режиме электрического пробоя вызывает более интенсивную генерацию носителей заряда и значительное увеличение обратного тока.

Низковольтные стабилитроны изготовляют на основе низкоомного мате­риала, в них используется туннельный электрический пробой. Высоковольтные стабилитроны изготавливают на основе высокоомного материала – их принцип действия связан с лавинным электрическим пробоем.

Т.к. участок электрического пробоя соответствует приложенному к p-n переходу обратному напряжению, то нормальное включение стабили­трона – обратное и используется его обратная ветвь ВАХ (рис. 2.5). Прямая ветвь ВАХ стабилитрона аналогична ВАХ выпрямительного диода.

Основные параметры стабилитронов:

• напряжение стабилизации U_ст (опорное напряжение);

• минимальный I_ст.mіn и максимальный I_ст.mах токи стабилизации;

• максимально допустимая рассеиваемая мощность Р_mах;

• дифференциальное сопротивление на участке стабилизации (крутизна ВАХ в области электрического пробоя)

  ;

  (2.3)

• температурный коэффициент напряжения на участке стабилизации (показы­вает на сколько процентов изменится стабилизирующее напряжение при изменении температуры полупроводника на 1С)

ТКU ,

(2.4)

где ΔТ – градиент изменения температуры окружающей среды, А.

Выбор стабилитрона по справочной литературе производится по на­пряжению стабилизации U_ст и токам I_ст.mіn, I_ст.mах.

Стабилитроны выпускаются на целый ряд значений напряжения – от 3,3 до 200 В, с допустимой мощностью рассеяния от долей ватта до 50 Вт. Их используют для стабилизации напряжений источников пи­тания, а также для фиксации уровней напряжений в различных схемах.

Стабилизацию низковольтного напряжения в пределах 0,3…3 В можно получить при использовании прямой ветви ВАХ кремниевых диодов. Диод, в котором для стабилизации напряжения используется прямая ветвь ВАХ, назы­вают стабистором.

Стабилитроны допускают последовательное включение (рис. 2.6, а), при этом результирующее стабилизирующее напряжение равно сумме напряжений стабилитронов:

.

(2.5)

При необходимости обеспечить стабилизацию двуполярного или переменного напряжения стабилитроны включают встречно-последовательно (рис. 2.6, б). Суммарная ВАХ цепи в этом случае оказывается симметрична относительно начала коор­динат. На этом принципе выпускаются двухсторонние (симметричные) стаби­литроны (рис. 2.6, в).

Параллельное соединение стабилитронов недопустимо, т.к. из-за разброса характеристик и параметров из всех параллельно соединенных стабилитронов ток будет протекать только в одном, имеющем наименьшее опорное напряжение U_ст, что вызовет перегрев стабилитрона и дальнейший его выход из строя.