Стабилитроны

Полупроводниковые стабилитроны, называемые иногда опорными диодами, предназначены для стабилизации напряжения. При работе стабилитрона используется обратная ветвь вольт – амперной характеристики. При повышении обратного напряжения происходит пробой p-n – перехода, при котором обратная ветвь характеристики стабилитрона имеет крутой излом, обусловленный резким ростом тока. Этот излом соответствует напряжению стабилизации U_ст. На рис.3.7, показана схема включения, а на рис.3.8 представлена характеристика стабилитрона, полученная в MicroCAP. Прямая ветвь характеристики стабилитрона при U_д > 0 такая же, как и у обычного диода. При увеличении обратного напряжения происходит пробой стабилитрона, ток резко возрастает, а напряжение на стабилитроне изменяется незначительно. На характеристике хорошо видно, что при изменении тока от –3, 522 мА до –9,494 мА (почти в 3 раза) напряжение изменилось на величину ΔU_д = 0,055 В. Напряжение, при котором происходит пробой стабилитрона, называется напряжением стабилизации. Рабочая область стабилитрона ограничена минимальным I_{ст min} и максимальным I_{ст max} токами стабилизации. При токе стабилитрона ниже I_{ст min} начинает существенно уменьшаться напряжение на стабилитроне и в конечном итоге стабилитрон может закрыться. При превышении максимального тока I_{ст max} стабилитрон выходит из строя.

Напряжения стабилизации в зависимости от типа стабилитрона могут быть от нескольких вольт до десятков вольт. Минимальный ток стабилизации в зависимости от типа может быть от долей милиампера до десятков миллиампер.

Максимальный ток стабилизации может быть от нескольких мА до нескольких А.

Стабилитроны используются для построения стабилизаторов напряжения, источников опорного напряжения и др. На рис.3.9 приведена схема параметрического стабилизатора. Обратите внимание на включение стабилитрона: катод подключается к плюсу источника входного напряжения, а анод к минусу. Нагрузка подключается параллельно стабилитрону. Напряжение на нагрузке будет равно напряжению стабилизации стабилитрона Uст, пока ток стабилитрона находится между I_min и I_max. Допустим, что ток стабилитрона равен I_ст = (I_{ст max} +I_{ст min})/2. При увеличении входного напряжения увеличивается ток через балластное сопротивление R_б. Ток нагрузки остается неизменным, так как напряжение на нем не меняется, оно остается равным U_ст. Изменяется (увеличивается в нашем случае) ток стабилитрона.

При изменении сопротивления нагрузки, например при уменьшении R_н, увеличивается ток нагрузки за счет уменьшения тока стабилитрона. Напряжение на стабилитроне, а, следовательно, и на нагрузке, остается практически неизменным.

При холостом ходе весь ток нагрузки протекает через стабилитрон и может вывести прибор из строя - это надо учитывать при расчете схемы.

Резистор R_б ограничивает величину тока стабилитрона и определяет стабильность выходного напряжения.