2.2. Стабилитроны

     Полупроводниковые диоды, на вольт-амперной харак­теристике которых имеется участок со слабой зависимо­стью напряжения от тока, называются стабилитронами. Таким участком является участок пробоя p-n -перехода. Они используются для стабилизации напряжении в источниках питания. Для изготовления стабилитронов используют кремний, так как обратный ток кремниевых диодов, по сравнению с германиевыми, меньше зависит от тем­пературы, а следовательно, вероятность теплового про­боя в них меньше и напряжение на участке пробоя (ла­винного или туннельного, рис.1.5) почти не изменя­ется с изменением тока.

     Основные параметры стабилитронов:

 V_ст — напряже­ние стабилизации;

I_{ст min} — минимальный ток, с кото­рого начинается стабилизация напряжения;

R_д=dV/dI— дифференциальное сопротивление (в рабочей точке);

R_стат=V/I — статическое сопротивление (в рабочей точ­ке);

 Q=R_д/R_стат — коэффициент качества;

ТКН = (1/V_ст)(dV_ст /dT)—температурный коэффициент напряже­ния стабилизации.

     Стабилитроны изготавливаются с различными значе­ниями V_ст, от 3 до 200 В. Поскольку напряжение про­боя определяется концентрацией основных носителей, то изменение V_ст для различных типов диодов осуществляют изменением концентрации примесей в базе диода.

     Для диодов с V_ст >7В ширина p-n -перехода доста­точно велика и механизм пробоя лавинный. С ростом температуры обратный ток диода увеличивается, также увеличивается и напряжение пробоя (рис.2.2). Это обусловлено тем, что тепловое рассеяние увеличивается, длина свободного пробега носителей уменьшается и к p-n -переходу нужно приложить большее напряжение, чтобы носители заряда на меньшем пути (равном длине свободного пробега) набрали кинетическую энергию, до­статочную для ионизации.

     В диодах с V_cт<7В ширина p-n -перехода мала и наряду с лавинным механизмом пробоя действует и тун­нельный. Напряжение пробоя с ростом температуры при туннельном механизме пробоя уменьшается вследствие того, что с ростом температуры уменьшается ширина запрещенной зоны E_g, а это приводит к росту вероятно­сти туннелирования.

     Коэффициент качества можно рассматривать как от­ношение относительного изменения напряжения стаби­лизации к относительному изменению тока через диод. Очевидно, стабилизирующие свойства диода тем лучше, чем меньше значение коэффициента качества.

Рис.2.2.Вольт-амперная характеристика стабилитрона с лавинным пробоем при различных температурах.

  Рис. 2.3. Схема стабилизации на­пряжения

     Конструктивно стабилитроны изготовляются подобно выпрямительным диодам, и их можно использовать вме­сто диодов.

     Схема стабилизации напряжения приведена на рис.2.3. В этой схеме на вход всегда подаётся напряжение немного больше, чем требуется нагрузке. Резистор R подбирается таким, чтобы избыточное напряжение падало на нём и при этом диод находился в режиме начала пробоя. При увеличении  V_вх, как только ток через ди­од становится выше I_{ст min} напряжение на диоде пере­стает увеличиваться и становится равным V_ст. Дальней­шее увеличение V_вх приводит лишь к росту падения на­пряжения на сопротивлении R. Поэтому напряжение на нагрузке поддерживается неизменным.