Стабилитроны
Стабилитрон – это специальный полупроводниковый диод, при работе которого используется обратная ветвь вольт-амперной характеристики в режиме электрического пробоя. При значительных изменениях силы обратного тока через диод напряжение на нем практически не изменяется (стабильно). Если параллельно стабилитрону подключить нагрузку, то напряжение на ней тоже не будет изменяться. Стабилитроны изготавливаются из кремния и называются иногда опорными диодами. У них до наступления пробоя обратный ток очень мал, а в режиме пробоя сравним с прямым током. На рисунке 3.29 показан вид обратной ветви вольт-амперной характеристики стабилитрона.
Стабилитрон характеризуется следующими основными параметрами: минимальный и максимальный ток стабилизации, напряжение стабилизации при заданном токе стабилизации (см. рис. 3.29), дифференциальное сопротивление, температурный коэффициент напряжения стабилизации, максимальная допустимая мощность, рассеиваемая в стабилитроне.
Дифференциальное сопротивление – это отношение изменения напряжения стабилизации к изменению силы тока стабилизации. Изменение тока нужно выбирать как можно меньше, чтобы можно было указать значение сопротивления для определенного тока стабилизации. С уменьшением тока стабилизации дифференциальное сопротивление стабилитрона увеличивается. Минимальное значение тока стабилизации как раз и определяется допустимым увеличением дифференциального сопротивления стабилитрона.
Дифференциальное сопротивление стабилитронов составляет единицы и десятки ом. Для идеального стабилитрона дифференциальное сопротивление равно нулю и рабочую (обратную) ветвь вольт-амперной характеристики можно аппроксимировать двумя отрезками прямых. При напряжении, меньшем напряжения стабилизации, ток через стабилитрон равен нулю. При напряжении, равном напряжению стабилизации, изменение тока через стабилитрон не приводит к изменению напряжения на нем.
Дифференциальное сопротивление стабилитрона (сопротивление переменному току) не следует путать с его статическим сопротивлением (сопротивлением постоянному току), которое во много раз больше дифференциального.
Максимальный ток стабилизациистабилитрона определяется допустимой мощностью рассеяния.
Температурный коэффициент напряжения стабилизации (ТКН) показывает относительное изменение напряжения стабилизации при изменении температуры на 1 К:
Часто ТКН выражают в процентах.
ТКН стабилизации может быть отрицательным (у полупроводников с большой концентрацией примесей, малой толщиной перехода, где пробой происходит за счет туннельного эффекта) и положительным (в полупроводниках с меньшей концентрацией примесей, большей толщиной p-n перехода, где пробой возникает при более высоких напряжениях и является лавинным). У некоторых стабилитронов ТКН стабилизации изменяет знак при изменении величины тока через стабилитрон.
Значение тока через стабилитрон, при котором изменяется знак ТКН стабилизации, определяет так называемую термостабильную точку стабилитрона. Знание такой точки важно при проектировании высокостабильных стабилизаторов постоянного напряжения.
Источник
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Температурный коэффициент — напряжение — стабилизация
Температурный коэффициент напряжения стабилизации зависит от напряжения стабилизации кремниевого стабилитрона. [1]
Температурный коэффициент напряжения стабилизации ( ТКН) указывает относительное изменение напряжения стабилизации при повышении температуры на 1 С. [3]
Температурный коэффициент напряжения стабилизации зависит от напряжения стабилизации и тока через стабилитрон. Из этих зависимостей следует, что при низком напряжении стабилизации ( менее 5 В) ТКН имеет отрицательный знак и при токе около 10 мА составляет примерно — 2 1мВ / С. В достигает значения 6мВ / С. [5]
Температурный коэффициент напряжения стабилизации ТКН показывает, как изменяется напряжение стабилизации при изменении температуры на ГС и измеряется в % / С. Коэффициент ТКН положителен для стабилитронов, работающих при относительно высоких значениях напряжения и отрицателен для низковольтных приборов. ТКН растет с ростом напряжения стабилизации. [6]
Метод измерения температурного коэффициента напряжения стабилизации Стабилитроны и стабисторы полупроводниковые. [7]
Важным параметром стабилитрона является температурный коэффициент напряжения стабилизации аст . Значения этого параметра у разных стабилитронов различны. [9]
Один из способов уменьшения температурного коэффициента напряжения стабилизации , который используют для создания термокомпенсированных стабилитронов, заключается в последовательном соединении стабилитрона и р-п-перехода, включенного в прямом направлении. С повышением температуры падение напряжения на p — n — переходе, включенном в прямом направлении, уменьшается. Одновременно падение напряжения на обратно смещенном p — rt — переходе растет при лавинном пробое. Таким образом, у термокомпенсированных стабилитронов удается получить ничтожно малый температурный коэффициент напряжения стабилизации. [10]
В то же время величина температурного коэффициента напряжения стабилизации от тока практически не зависит. [11]
Важным параметром стабилитронов и стабисторов является температурный коэффициент напряжения стабилизации ТКН ( дист / ДТ) — 100, который показывает, на сколько процентов изменится напряжение стабилизации при изменении температуры прибора на 1 С. [13]
Важным параметром стабилитронов и стабисторов является температурный коэффициент напряжения стабилизации ТКН ( дист / ДТ) ЮО, который показывает на сколько процентов изменится напряжение стабилизации ( AUCT) при изменении температуры ( ДТ) на 1 С. Этот параметр у стабилитронов с напряжением стабилизации более 6 В положительный, а менее 6В — отрицательный. Для уменьшения ТКН разработаны так называемые температурно-компенсированные прецизионные стабилитроны. В этих приборах путем последовательно соединенных двух или более р — n переходов с различным по знаку ТКН удается получить стабилитроны с ТКН не более 0.000 5 % / С в широком диапазоне температур. Такие стабилитроны применяются в ис — — точниках эталонного напряжения вместо нормальных элементов. Ряд стабилитронов используется в импульсных режимах и применяется для стабилизации амплитуды импульсов, их ограничения, а также для защиты входов чувствительных устройств от перегрузок по напряжению. Наряду со стабилитронами, имеющими несимметричную ВАХ, выпускаются двуханодные стабилитроны, имеющие симметричную ВАХ. Они применяются в качестве элементов для двустороннего ограничения напряжения и могут использоваться так же и как опорные стабилитроны. [14]
Тепл — их тепловое сопротивление; ТКи — температурные коэффициенты напряжения стабилизации . [15]
Источник
Стабилитроны
Напряжение на диоде в области электрического пробоя слабо зависит от протекающего через диод обратного тока. Эта особенность может быть использована для стабилизации напряжения. Полупроводниковые диоды, предназначенные для стабилизации напряжения на основе эффекта слабой зависимости напряжения от тока в области электрического пробоя, называют стабилитронами.
Одним из параметров стабилитрона является напряжение стабилизации Uст, т.е. напряжение на стабилитроне при протекании заданного тока стабилизации. Током стабилизации называется значение обратного тока диода в режиме электрического пробоя, ограниченное значениями Iст.мин. и Iст.макс. (рис.10.4). Первое из этих предельных значений, Iст.мин, т.е. минимальное значение тока стабилизации, при котором обеспечивается заданная надежность, определяется условиями наступления и развития электрического пробоя. Второе значение — Iст.макс, определяется значением максимально допустимой рассеиваемой мощности стабилитрона Рмакс.
Промышленность выпускает стабилитроны с напряжением стабилизации от 3 до 200 В. Поскольку напряжение пробоя определяется шириной p-n перехода, а последняя связана с концентрацией примесей в базе диода, низкие значения Uст (»7В) характерны для узких p-n переходов, в которых определяющую роль играет туннельный пробой. Более высокие значения Uст характерны для широких p-n переходов, в которых определяющую роль играет лавинный пробой.
При необходимости стабилизировать высокие напряжения применяется последовательное соединение стабилитронов.
Напряжение стабилизации зависит от температуры (рис.10.4), причем по-разному для стабилитронов с туннельным и лавинным пробоями.
Напряжение лавинного пробоя обратно пропорционально квадрату длины свободного пробега СНЗ. Так как при сравнительно малой концентрации примесей в базе диода (что характерно для лавинных стабилитронов) рассеяние СНЗ происходит главным образом на тепловых флуктуациях плотности атомов основного вещества, то с ростом температуры длина свободного пробега будет уменьшаться. Соответственно, напряжение стабилизации с ростом температуры возрастает.
В стабилитронах с туннельным пробоем одним из определяющих факторов развития пробоя является, согласно (10.15), высота потенциального барьера, т.е. ширина запрещенной зоны. Поскольку ширина запрещенной зоны германия и кремния уменьшается с ростом температуры, то соответственно уменьшается напряжение стабилизации.
Температурная зависимость напряжения стабилизации характеризуется температурным коэффициентом напряжения стабилизации (ТКН) aст. ТКН определяется как частное от деления относительного изменения напряжения стабилизации к вызвавшему его изменению температуры
(10.21)
и выражается, чаще всего, в %/ 0 С. Использование в качестве стабилитронов систем из встречновключенных p-n переходов с ТКН противоположных знаков, позволяет снизить результирующий ТКН до очень малых значений (тысячные доли процента на 0 С).
 |
Стабилизирующие свойства стабилитронов характеризуются так называемым коэффициентом качества Qст, который определяется как отношение дифференциального сопротивления стабилитрона rст к его статическому сопротивлению Rстат.
Коэффициент качества можно рассматривать как отношение относительного изменения напряжения стабилизации к относительному изменению тока стабилизации. Действительно,
Стабилизирующие свойства тем лучше, чем меньше значение Qст. Численное значение дифференциального сопротивления стабилитронов различных типов лежит в пределах от нескольких Ом, до нескольких десятков Ом. Значения статического сопротивления заключены, соответственно, в пределах от одного, до нескольких десятков кОм. Таким образом, коэффициент качества имеет величину порядка 10 -3 …10 -2 .
Кроме параметров, отмеченных выше, для стабилитронов существенны еще следующие параметры:
ü Максимально допустимое постоянное обратное напряжение Uобр.макс;
ü Максимально допустимое импульсное обратное напряжение Uобр(и)макс;
ü Максимально допустимый импульсный ток стабилизации Iст(и)макс;
ü Полная емкость стабилитрона С и эквивалентная индуктивность L;
ü Временная нестабильность напряжения стабилизации dUст за заданный промежуток времени;
ü Максимально допустимая импульсная мощность стабилитрона Ри.макс, которая определяется при заданных скважности и длительности импульса;
ü Спектральная плотность шума стабилитрона sш.ст, определяемая как эффективное значение напряжения шума, отнесенное к полосе 1 Гц в оговоренном диапазоне частот при заданном токе стабилизации.
По конструкции и технологии изготовления стабилитроны подобны выпрямительным диодам и могут использоваться вместо последних.
На рис. 10.5 приведена схема простейшего стабилизатора напряжения.
Сопротивление балластного резистора Rбал подбирается таким образом, чтобы при заданном номинальном значении входного напряжения Uвх, ток стабилизации диода примерно равнялся среднему значению между Iст.мин и Iст.макс. Обозначив это значение тока стабилизации как Iст.0, на основании правил Кирхгофа, получим:
(10.22)
Где Uвх.0 — номинальное напряжение входного напряжения, Uст.0 — напряжение стабилизации при токе стабилизации Iст.0, Rстат.0 — статическое сопротивление стабилитрона при том же токе.
Отклонение входного напряжения от номинального напряжения на величину ΔUвх, вызовет изменение тока стабилизации на величину ΔIст и напряжения стабилизации на величину ΔUст. В режиме медленно изменяющегося напряжения, стабилитрон может быть представлен резистором с сопротивлением равным дифференциальному сопротивлению стабилитрона rст, так как влиянием емкости в этом случае можно пренебречь. Тогда, на основании тех же правил Кирхгофа, получим:
(10.23)
 |
Учитывая, что обычно Rн >> rст и Rн >> r, получим приближенное равенство:
(10.24)
Коэффициентом стабилизации Кст называют величину, равную частному от деления относительного изменения входного напряжения на относительное изменение выходного напряжения, т.е. напряжения стабилизации. Учитывая (10.22) и (10.24), найдем
(10.25)
Коэффициент стабилизации возрастает с ростом сопротивления нагрузки, ростом входного напряжения и в предельном случае равен обратному значению коэффициента качества стабилитрона. Увеличение входного напряжения приводит к увеличению потерь мощности источника питания на балластном сопротивлении, поэтому входное напряжение выбирают так, чтобы оно превышало Uст не более чем в два, три раза.
Малая величина коэффициента стабилизации при малом значении сопротивления нагрузки и сильная его зависимость от сопротивления нагрузки являются причиной того, что описанные стабилизаторы используются преимущественно как датчики высокостабильного опорного напряжения, работающие на высокоомную нагрузку в более сложных транзисторных стабилизаторах напряжения.
Контрольные вопросы:
1. Какое состояние перехода называется пробоем?
2. Нарисуйте и объясните характеристики лавинного, туннельного и теплового пробоя.
3. Что такое стабилитрон? Нарисуйте ВАХ стабилитрона и объясните ее.
4. Назовите основные параметры стабилитрона.
5. Изобразите простейшую схему стабилизатора напряжения и поясните принцип ее работы.
Лекция 11. Типы диодов.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник