Стабилитрон

Стабилитрон - полупроводниковый диод, предназначенный для стабилизации напряжения.

Рис. 6.8 Условное графическое обозначение

В качестве материала для полупроводниковых стабилитронов ис­пользуется, как правило, кремний, обладающий высокой температурной стабильностью.

Рис. 6.9 ВАХ стабилитрона

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

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

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

По сравнению с обычными диодами стабилитрон имеет достаточно низкое напряжение пробоя (при обратном включении) и может поддерживать это напряжение на постоянном уровне при значительном изменении силы обратного тока.

Полупроводниковый материал стабилитронов, имеют высокую концентрацию легирующих примесей (узкий переход). Поэтому, при относительно небольших обратных напряжениях в переходе возникает сильное электрическое поле, вызывающее его электрический пробой, в данном случае являющийся обратимым (если не наступает тепловой пробой вследствие нарушения теплового баланса).

В основе работы стабилитрона лежат два механизма:

- лавинный пробой (пробой Аваланчи, avalanche breakdown) обычно развивается в достаточно широких p-n -переходах. Напряжение стабилизации > 5-6В.

- туннельный пробой (пробой Зенера, Zener, в англоязычной литературе, диод Зенера),

развивается в тонких р-n переходах при большой напряженности электрического поля. Напряжение стабилизации < 5В.

Они присутствуют в любом стабилитроне совместно, но преобладает только один из них.

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

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

Пример: Схема включения стабилитрона (параметрический стабилизатор)

Простейшая схема стабилизации постоянного напряжения – рис. 6.10

Выходное напряжение стабилизатора должно оставаться постоянным при изменении выходного напряжения или изменения сопротивления нагрузки.

Рис. 6.10Параметрический стабилизатор

Выходное напряжение стабилизатора не может быть абсолютно стабильным. Приращения U_cm малы, и зависят от приращений входного напряжения  U вх.

U вх ⁼ U _cm ⁺ I_R0R₀, (6.2)

где r_q - токоограничивающий резистор.

I_R0 = (U_вх - U_cm)/ R₀, (6.3)

При увеличении входного напряжения U_вх+ U_вх

I’_R0 = (U_вх+ U_вх - U_cm)/ R₀ (6.4)

При этом I’_R0 > I_R0 и I’_cm > I_cm ток через стабилитрон увеличивается.

Параметром, определяющим качество стабилизатора является коэффициент стабилизации.

Коэффициент стабилизации определяется следующим образом:

(при этом 1_Н считается постоянным)

(6.5)