9. Стабилитроны и их применение, стабисторы

Разнятся оба типа приборов и по их реакции на тепло. В приборах с лавинным пробоем Uст увеличивается с ростом температуры. Это происходит из-за того, что с повышением температуры растет термическое возбуждение атомов кристаллической решетки. В результате сокращается длина свободного пробега носителей и они не успевают обрести кинетическую энергию, достаточную для «выбивания» электронов.

В приборах с зенеровским пробоем термическое возбуждение атомов наоборот облегчает «вырывание» валентных электронов, и напряжение пробоя, как следствие, уменьшается.

Грубо температурный дрейф напряжения стабилизации в диапазоне температур от 0 до 100°С составляет от 5% до 10%.

Поскольку 6 вольт является границей перехода от приборов с положительным температурным коэффициентом к приборам с отрицательным, то приборы с Uст =(6÷7)В имеют приблизительно нулевой температурный дрейф.

Стабилитроны с малым температурным дрейфом можно построить парируя большой положительный температурный дрейф собственно стабилитрона, отрицательным температурным дрейфом обычного диода, включенного последовательно со стабилитроном в прямом направлении, рис.69 а.

Очевидно, что такой комбинированный прибор не пропускает ток в прямом для стабилитрона направлении. Помимо комбинированных стабилитронов с малым температурным дрейфом существуют стабилитроны двухсторонние – это два последовательно и встречно включенных стабилитрона. Их условное обозначение представлено на рис.69 б .

Основные параметры стабилитронов следующие:

— номинальное напряжение стабилизации – это падение напряжения на стабилитроне, измеренное при вполне определенном токе стаби-

лизации Icm min≤ I0≤ Icm max,;

— допуск на напряжение стабилизации определяет насколько может разниться номинальное напряжение стабилизации различных приборов одного и того же типа.;

3.4. Стабилитроны и стабисторы

Стабилитроны – это полупроводниковые диоды, работающие в режиме управляемого лавинного пробоя. УГО стабилитрона приведено на рис. 3.5,а, его типичная ВАХ – на рис. 3.5,б. Стабилитроны изготавливают из кремния, обеспечивающего получение необходимой ВАХ. Германиевые диоды для стабилизации напряжения непригодны, так как пробой у них легко приобретает форму теплового, и ВАХ в этом случае имеет неустойчивый падающий участок.

При прямом напряжении на стабилитроне его ВАХ ничем не отличается от ВАХ обычного кремниевого полупроводникового диода, причем этот участок ВАХ обычно не используется. У стабилитронов используется участок ВАХ, соответствующий обратному напряжению на p—n—переходе. Обратный ток при некотором значении обратного напряжения, называемого пробивным, скачкообразно возрастает. Дальнейшее даже очень незначительное увеличение обратного напряжения приводит к резкому возрастанию обратного тока. В результате этого ветвь обратного тока ВАХ имеет излом и вслед за ним очень крутой линейный участок.

Основное применение кремниевых стабилитронов – стабилизация напряжения. Рассмотрим работу простейшего стабилизатора напряжения напримере схемы рис. 3.6. Схема стабилизатора, кроме собственно стабилитрона, содержит резистор R_д.

Для простоты рассмот­рим работу схемы при

R_н=. Найдем напряжение на выходе схемы графи­ческим методом (см. рис. 3.7),если напряжение на входе цепи U_вх = U₁. Для нахождения решения проведем нагрузочную прямую из точкиU₁в точкуI₁=U₁/R_д. Точка пересечения нагру­зочной прямой и ВАХ стабилитрона (точкаА) является рабочей точкой и оп­ределяет ток в цепи и напряжения на элементах цепи. Из построения можно увидеть, что на­пряжение на ста­билитроне (а следовательно, и на выходе стаби­лизатора) в рабо­чей точке равноU_ст, а ток через стабилитрон (и R_д)I_д=I_ст. Если входное напря­жение по какой-то причине уменьшится и станет равнымU₂, то нагрузоч­ная прямая переместится параллельно самой себе и займет новое положение, проходя через токуU₂. Новое положение нагрузочной прямой определит и новую рабочую точкуВ. Из построения видно, что изменение входного на­пряжения цепи на=U₁– U₂приводит к уменьшению тока через стабили­трон наiи уменьшению напряжения на стабилитроне наu. Это изменение тем меньше, чем круче ВАХ стабилитрона в области рабочей точки, т.е. чем меньше его дифференциальное сопротивление

R_ст =  u /  i.Выполнив несколько подобных построений для различныхU_вх иR_д,можно убедиться, что uзави­сит также от величиныR_д. Производя геометрические построения, найдем

 u /  = R_ст / (R_д+ R_ст). (3.4)

Более подробно параметрические стабилизаторы на кремниевых стабилитронах рассматриваются в главе 24.

В справочной литературе не приводятся ВАХ стабилитронов, а приводится набор основных параметров. В этот набор обычно входят следующие параметры:

напряжение стабилизации(U_ст) – падение напряжения на стабилитроне при протекании заданного тока стабилизации. Для различных стабилитронов это напряжение колеблется обычно в диапазоне от трех до двухсот вольт;

максимально допустимая мощность(P_макс), рассеиваемая на стабилитроне. Обычно (при отсутствии дополнительного теплоотвода) эта мощность составляет сотни милливатт, но при специальной конструкции корпуса и использовании радиатора может быть повышена до 520 ватт;

максимальный ток стабилизации–I_{ст макс}. Этот параметр полностью определяется двумя предыдущими.

;

минимальный ток стабилизации–I_{ст мин};

дифференциальное сопротивление(R_ст), которое определяется при заданном значении тока на участке пробоя. У различных стабилитронов значение этого параметра колеблется в пределах от единиц до сотен ом;

температурный коэффициент напряжения стабилизации(TKU) – относительное изменение напряжения стабилизацииU_стпри изменении температуры корпуса прибора на 1С.

Кроме обычных стабилитронов, промышленность выпускает так называемые двуханодные стабилитроны, представляющие собой два встречно включенных одинаковых стабилитрона. Такой стабилитрон можно включать в электрическую цепь в любом направлении или использовать для стабилизации и ограничения двухполярных напряжений. УГО такого стабилитрона показано на рис. 3.5,в.

Для уменьшения температурной зависимости напряжения стабилизации последовательно со стабилитроном включают дополнительный диод, так чтобы он препятствовал прохождению тока в прямом направлении и почти не изменял обратную ветвь ВАХ. Данные стабилитроны получили название

прецизионных и выпускаются промышленностью в виде законченных компонентов, например 2С191 или КС211. У них дополнительно нормируется временная и температурная нестабильность напряжения стабилизации.

Для стабилизации низких напряжений разработаны и широко применяются специальные полупроводниковые диоды – стабисторы. Отличие их от стабилитронов в том, что они работают на прямой ветви ВАХ, т.е. при включении в прямом (проводящем) направлении. В качестве примера приведем параметры стабистора КС107А:

напряжение стабилизации 0,63 В при токе стабилизации 10 мА;

дифференциальное сопротивление 3 Ом при токе стабилизации 10 мА и температуре окружающей среды 25С;

минимальный ток стабилизации – 1 мА;

максимальный ток стабилизации – 100 мА;

максимальная рассеиваемая мощность – 125 мВт.

Стабистор — Карта знаний

• Стаби́стор (ранее нормистор) — полупроводниковый диод, в котором для стабилизации напряжения используется прямая ветвь вольт-амперной характеристики (то есть в области прямого смещения напряжение на стабисторе слабо зависит от тока). Отличительной особенностью стабисторов по сравнению со стабилитронами является меньшее напряжение стабилизации, которое составляет примерно 0,7 В. Последовательное соединение двух или трёх стабисторов даёт возможность получить удвоенное или утроенное значение напряжения стабилизации. Некоторые типы стабисторов представляют собой единый набор с последовательным соединением отдельных элементов.
  Стабисторам присущ отрицательный температурный коэффициент сопротивления, то есть напряжение на стабисторе при неизменном токе уменьшается с увеличением температуры. В связи с этим стабисторы используют для температурной компенсации стабилитронов с положительным коэффициентом напряжения стабилизации.

  Основная часть стабисторов — кремниевые диоды. Кроме кремниевых стабисторов промышленность выпускает и селеновые поликристаллические стабисторы, которые отличаются простотой изготовления, а значит, меньшей стоимостью. Однако селеновые стабисторы имеют меньший гарантированный срок службы (1000 ч) и узкий диапазон рабочих температур.

Источник: Википедия

Связанные понятия

Бандга́п (англ. bandgap, запрещённая зона) — стабильный транзисторный источник опорного напряжения (ИОН), величина которого определяется шириной запрещённой зоны используемого полупроводника. Для легированного монокристаллического кремния, имеющего при Т=0 К ширину запрещённой зоны Eg=1,143 эВ, напряжение VREF на выходе бандгапа обычно составляет от 1,18 до 1,25 В или кратно этой величине, а его предельное отклонение от нормы во всём диапазоне рабочих температур и токов составляет не более 3 %. Бандгапы… Исто́чник, или генера́тор, опо́рного напряже́ния (ИОН) — базовый электронный узел, поддерживающий на своём выходе высокостабильное постоянное электрическое напряжение. ИОН применяются для задания величины выходного напряжения стабилизированных источников электропитания, шкал цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователей, режимов работы аналоговых и цифровых интегральных схем и систем, и как эталоны напряжения в составе измерительных приборов. Точности измерения, преобразования и стабильность… Дио́д Га́нна (изобретён Джоном Ганном в 1963 году) — тип полупроводниковых диодов, в полупроводниковой структуре не имеет p-n-переходов и используется для генерации и преобразования колебаний в диапазоне СВЧ на частотах от 0,1 до 100 ГГц. Полупроводнико́вый стабилитро́н, или диод Зенера — полупроводниковый диод, работающий при обратном смещении в режиме пробоя. До наступления пробоя через стабилитрон протекают незначительные токи утечки, а его сопротивление весьма высоко. При наступлении пробоя ток через стабилитрон резко возрастает, а его дифференциальное сопротивление падает до величины, составляющей для различных приборов от долей oма до сотен oм. Поэтому в режиме пробоя напряжение на стабилитроне поддерживается с заданной точностью…

Подробнее: Стабилитрон

Биполя́рный транзи́стор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзисторов. В полупроводниковой структуре сформированы два p-n-перехода, перенос заряда через которые осуществляется носителями двух полярностей — электронами и дырками. Именно поэтому прибор получил название «биполярный» (от англ. bipolar), в отличие от полевого (униполярного) транзистора. Яче́йка Блэ́кмера (англ. Blackmer cell) — схема электронного управляемого напряжением усилителя (УНУ, амплитудный модулятор) с экспоненциальной характеристикой управления, предложенная и доведённая до серийного выпуска Дэвидом Блэкмером в 1970—1973 годы. Четырёхтранзисторное ядро схемы образовано двумя встречно включёнными токовыми зеркалами на комплементарных биполярных транзисторах. Входной транзистор каждого из зеркал логарифмирует входной ток, а выходной транзистор антилогарифмирует сумму логарифма… Стабилитрон со скрытой структурой (ССС, англ. buried zener) — интегральный кремниевый стабилитрон в котором, в отличие от обычных стабилитронов, под p-n-переходом создана скрытая область (островок) с высокой концентрацией акцепторных примесей. Благодаря тому, что ток пробоя такого стабилитрона концентрируется не в приповерхностных, а в скрытых слоях, его характеристики стабильны и предсказуемы. Прецизионные интегральные источники опорного напряжения (ИОН) на ССС — наиболее точные и стабильные из… Фототранзи́стор — оптоэлектронный полупроводниковый прибор, вариант биполярного транзистора. Отличается от обычного биполярного транзистора тем, что полупроводниковый базовый слой прибора доступен для воздействия внешнего оптического облучения, за счёт этого ток через прибор зависит от интенсивности этого облучения. Одноперехо́дный транзи́стор (двухбазовый диод, ОПТ) — полупроводниковый прибор с тремя электродами и одним p-n переходом. Однопереходный транзистор принадлежит к семейству полупроводниковых приборов с вольт-амперной характеристикой, имеющей участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Терморези́стор (термистор, термосопротивление) — полупроводниковый прибор, электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от его температуры. Тензорези́стор (от лат. tensus — напряжённый и лат. resisto — сопротивляюсь) — резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от его деформации. Тензорезисторы используются в тензометрии. С помощью тензорезисторов можно измерять деформации механически связанных с ними элементов. Тензорезистор является основной составной частью тензодатчиков, применяющихся для косвенного измерения силы, давления, веса, механических напряжений, крутящих моментов и пр. Варика́п (акроним от англ. vari(able) — «переменный», и cap(acitance) — « ёмкость») — электронный прибор, полупроводниковый диод, работа которого основана на зависимости барьерной ёмкости p-n-перехода от обратного напряжения. Диод Шоттки — полупроводниковый диод с малым падением напряжения при прямом включении. Назван в честь немецкого физика Вальтера Шоттки. В специальной литературе часто используется более полное название — Диод с барьером Шоттки. Дио́д (от др.-греч. δις — два и -од — от окончания -од термина электрод; букв. «двухэлектродный»; корень -од происходит от др.-греч. ὁδός «путь») — электронный элемент, обладающий различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока. Полево́й (униполя́рный) транзи́стор — полупроводниковый прибор, принцип действия которого основан на управлении электрическим сопротивлением токопроводящего канала поперечным электрическим полем, создаваемым приложенным к затвору напряжением. Микроволновая монолитная интегральная схема (МИС) — интегральная схема, изготовленная по твердотельной технологии и предназначенная для работы на сверхвысоких частотах (300 МГц — 300 ГГц). СВЧ МИС обычно выполняют функции смесителя, усилителя мощности, малошумящего усилителя, преобразователя сигналов, высокочастотного переключателя. Применяются в системах связи (в первую очередь сотовой и спутниковой), а также в радиолокационных системах на основе активных фазированных антенных решёток (АФАР). Конденса́тор (от лат. condensare — «уплотнять», «сгущать» или от лат. condensatio — «накопление») — двухполюсник с постоянным или переменным значением ёмкости и малой проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля. Выпрями́тель (электрического тока) — преобразователь электрической энергии; механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования входного электрического тока переменного направления в ток постоянного направления (то есть однонаправленный ток), в частном случае — в постоянный выходной электрический ток. Стабилиза́тор напряже́ния (англ. Voltage regulator) — электромеханическое или электрическое (электронное) устройство, имеющее вход и выход по напряжению, предназначенное для поддержания выходного напряжения в узких пределах, при существенном изменении входного напряжения и выходного тока нагрузки. Вари́стор (лат. vari(able) — переменный (resi)stor — резистор) — полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление (проводимость) которого нелинейно зависит от приложенного напряжения, то есть обладающий нелинейной симметричной вольт-амперной характеристикой и имеющий два вывода. Обладает свойством резко уменьшать своё сопротивление с миллиардов до десятков Ом при увеличении приложенного к нему напряжения выше пороговой величины. При дальнейшем увеличении напряжения сопротивление уменьшается… Предусили́тель-корре́ктор, или усилитель-корректор (УК), или фо́нокорре́ктор — специализированный электронный усилитель тракта воспроизведения граммофонной записи, восстанавливающий исходный спектр записанного на пластинке звукового сигнала и усиливающий выходное напряжение головки звукоснимателя до типичного уровня линейного выхода — от 0,775 В (0 dBu) в бытовой аналоговой аппаратуре до 2 В (8 dBu) в цифровой и радиотрансляционной аппаратуре). Исторически звукозаписывающая промышленность использовала…

Подробнее: Фонокорректор

Обращённый дио́д — полупроводниковый диод, вольт-амперная характеристика которого обусловлена туннельным эффектом в области p-n-перехода. Стабилизатор переменного напряжения (англ. Voltage regulator) — устройство, на выходе которого обеспечивается стабильное переменное напряжение той же частоты, что и питающее напряжение.:6Стабилизированный источник переменного напряжения (англ. Power conditioner) — устройство, на выходе которого обеспечивается переменное стабильное напряжение с частотой, не зависящей от частоты питающего напряжения.:6Кроме стабилизаторов, на выходе которых напряжение соответствует номинальному напряжению на входе… И́мпульсный дио́д — диод, предназначенный для работы в высокочастотных импульсных схемах. Тири́стор — полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с тремя или более p-n-переходами и имеющий два устойчивых состояния… БСИТ (Биполярный транзистор со статической индукцией; англ. BSIT, Bipolar Static Induction Transistor) — мощный высокочастотный полупроводниковый прибор с вертикальной многоканальной структурой. БСИТ не является русскоязычным синонимом IGBT (БТИЗ), тем не менее, близок к ним по свойствам. Выпускаемые образцы БСИТ уступают лучшим современным образцам IGBT по энергетическим характеристикам. Трёхфазная система электроснабжения — частный случай многофазных систем электрических цепей переменного тока, в которых действуют созданные общим источником синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые друг относительно друга во времени на определённый фазовый угол. В трёхфазной системе этот угол равен 2π/3 (120°). Вторичный источник электропитания — устройство, которое преобразует параметры электроэнергии основного источника электроснабжения (например, промышленной сети) в электроэнергию с параметрами, необходимыми для функционирования вспомогательных устройств.Источник электропитания может быть интегрированным в общую схему (обычно в простых устройствах; либо когда недопустимо даже незначительное падение напряжения на подводящих проводах — например материнская плата компьютера имеет встроенные преобразователи… Аттенюа́тор (фр. attenuer — смягчить, ослабить) — устройство для плавного, ступенчатого или фиксированного понижения интенсивности электрических или электромагнитных колебаний, как средство измерений является мерой ослабления электромагнитного сигнала, но также его можно рассматривать и как измерительный преобразователь. ГОСТ 28324-89 определяет аттенюатор как элемент для снижения уровня сигналов, обеспечивающий фиксированное или регулируемое затухание. Составно́й транзи́стор — электрическое соединение двух (или более) биполярных транзисторов, полевых транзисторов или IGBT-транзисторов, с целью улучшения их электрических характеристик. К этим схемам относят так называемую пару Дарлингтона, пару Шиклаи, каскодную схему включения транзисторов, схему так называемого токового зеркала и др. Баре́ттер (англ. barretter, iron-hydrogen resistor) — электронный газонаполненный прибор, двухполюсник — стабилизатор тока. Яче́йка Ги́лберта (англ. Gilbert cell) в электронике — схема четырёхквадрантного аналогового умножителя, предложенная Барри Гилбертом в 1968 году. Она представляет собой ядро умножителя на трёх дифференциальных каскадах, дополненное диодными преобразователями входных напряжений — в токи (V1, V2 на схемах). Ячейка Гилберта, в модифицированной бета-зависимой форме, выполняет функцию смесителя или балансного модулятора в большинстве современных радиоприёмников и сотовых телефонов. Умножи́тель напряже́ния ба́за-эми́ттер (умножитель Vбэ) — двухвыводной электронный источник опорного напряжения, пропорционального напряжению на прямо смещённом эмиттерном переходе биполярного транзистора (Vбэ). Простейший умножитель Vбэ состоит из резистивного делителя напряжения, задающего коэффициент умножения, и управляемого им биполярного транзистора. При подключении умножителя Vбэ к источнику тока падение напряжения на умножителе, как и само Vбэ, комплементарно абсолютной температуре: с ростом… Рези́стор (англ. resistor, от лат. resisto — сопротивляюсь) — пассивный элемент электрических цепей, обладающий определённым или переменным значением электрического сопротивления, предназначенный для линейного преобразования силы тока в напряжение и напряжения в силу тока, ограничения тока, поглощения электрической энергии и др.. Весьма широко используемый компонент практически всех электрических и электронных устройств. Драйвер полупроводникового излучателя — электронное устройство, предназначенное для преобразования электрических сигналов, целью которого является регулирование тока инжекции, а также, в некоторых случаях, температуры полупроводниковых излучателей. Потенцио́метр (от лат. potentia — «сила» и греч. μετρεω — «измеряю») — измерительный прибор, предназначенный для определения напряжения путём сравнения двух, в общем случае, различных напряжений или ЭДС с помощью компенсационного метода. При известном одном из напряжений позволяет определять второе напряжение. Мост Ше́ринга — электрическая схема, измерительный мост переменного тока, предназначенный для измерения электрической ёмкости и тангенса угла диэлектрических потерь в диэлектриках конденсаторов, также, в электрических кабелях. Токовое зеркало — элемент транзисторной схемотехники, представляющий собой генератор тока, управляемый входным током, в котором входной и выходной токи имеют разное направление и один общий вывод источника питания, причем соотношение токов (коэффициент отражения) сохраняется постоянным в широком диапазоне и мало зависит от напряжения и температуры. Классическая схема токового зеркала содержит два транзистора одинаковой проводимости с резисторами в коллекторных цепях. Соотношение номиналов резисторов… Пенто́д (от др.-греч. πέντε пять, по числу электродов) — вакуумная электронная лампа с экранирующей сеткой, в которой между экранирующей сеткой и анодом размещена третья (защитная или антидинатронная) сетка, подавляющая динатронный эффект. Как правило, в лампах прямого накала третья сетка соединяется со средней точкой катода, в лампах косвенного накала — с любой точкой катода. В большинстве пентодов третья сетка и катод соединены внутри баллона, поэтому у них всего четыре сигнальных вывода. В исторической… Электромехани́ческий фильтр (ЭМФ) — это фильтр, обычно используемый вместо электронного фильтра радиочастот, основное назначение которого: пропускать колебания в определенной полосе частот и подавлять остальные. В фильтре используются механические колебания, аналогичные подаваемому электрическому сигналу (это один из типов аналоговых фильтров). На входе и на выходе фильтра стоят электромеханические преобразователи, которые преобразуют электрические колебания сигнала в механические колебания рабочего… Ква́рцевый резона́тор (жарг. «кварц») — электронный прибор, в котором пьезоэлектрический эффект и явление механического резонанса используются для построения высокодобротного резонансного элемента электронной схемы. Импульсный трансформатор (ИТ) — трансформатор, предназначенный для преобразования тока и напряжения импульсных сигналов с минимальным искажением исходной формы импульса на выходе. Варико́нд (англ. vari(able) — переменный и англ. cond(enser) — конденсатор) — электрический конденсатор, ёмкость которого нелинейно изменяется в широких пределах в зависимости от напряжения, приложенного к его обкладкам.

Стабистор — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Стаби́стор (ранее нормистор) — полупроводниковый диод, в котором для стабилизации напряжения используется прямая ветвь вольт-амперной характеристики (то есть в области прямого смещения напряжение на стабисторе слабо зависит от тока). Отличительной особенностью стабисторов по сравнению со стабилитронами является меньшее напряжение стабилизации^[1], которое составляет примерно 0,7 В. Последовательное соединение двух или трёх стабисторов даёт возможность получить удвоенное или утроенное значение напряжения стабилизации. Некоторые типы стабисторов представляют собой единый набор с последовательным соединением отдельных элементов.

Стабисторам присущ отрицательный температурный коэффициент сопротивления, то есть напряжение на стабисторе при неизменном токе уменьшается с увеличением температуры. В связи с этим стабисторы используют для температурной компенсации стабилитронов с положительным коэффициентом напряжения стабилизации.

Основная часть стабисторов — кремниевые диоды. Кроме кремниевых стабисторов промышленность выпускает и селеновые поликристаллические стабисторы, которые отличаются простотой изготовления, а значит, меньшей стоимостью. Однако селеновые стабисторы имеют меньший гарантированный срок службы (1000 ч) и узкий диапазон рабочих температур.

Примеры стабисторов

• КС107А — U_ст = 0,7 В
• КС113А — U_ст = 1,3 В
• КС119А — U_ст = 1,9 В
• Д220С — U_ст = 0,59 В
• 7ГЕ2А-К — U_ст = 1,44 В +-10%, в этой же серии варианты на 0,72 и 2,16 В на кремнии или селене (буква К или С)^[2].

См. также

Примечания

Литература

• Пасынков В. В., Чиркин Л. К. Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов. — 4-е изд., перераб. и доп.. — М.: Высшая школа, 1987. — С. 171-172. — 479 с.

Ссылки

Стабистор — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Стаби́стор (ранее нормистор) — полупроводниковый диод, в котором для стабилизации напряжения используется прямая ветвь вольт-амперной характеристики (то есть в области прямого смещения напряжение на стабисторе слабо зависит от тока). Отличительной особенностью стабисторов по сравнению со стабилитронами является меньшее напряжение стабилизации^[1], которое составляет примерно 0,7 В. Последовательное соединение двух или трёх стабисторов даёт возможность получить удвоенное или утроенное значение напряжения стабилизации. Некоторые типы стабисторов представляют собой единый набор с последовательным соединением отдельных элементов.

Стабисторам присущ отрицательный температурный коэффициент сопротивления, то есть напряжение на стабисторе при неизменном токе уменьшается с увеличением температуры. В связи с этим стабисторы используют для температурной компенсации стабилитронов с положительным коэффициентом напряжения стабилизации.

Основная часть стабисторов — кремниевые диоды. Кроме кремниевых стабисторов промышленность выпускает и селеновые поликристаллические стабисторы, которые отличаются простотой изготовления, а значит, меньшей стоимостью. Однако селеновые стабисторы имеют меньший гарантированный срок службы (1000 ч) и узкий диапазон рабочих температур.

Примеры стабисторов

• КС107А — U_ст = 0,7 В
• КС113А — U_ст = 1,3 В
• КС119А — U_ст = 1,9 В
• Д220С — U_ст = 0,59 В

См. также

Примечания

1. ↑ В. В. Пасынков, Л. К. Чиркин Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов — 4-е изд. — М.: Высшая школа, 1987. — 478 с. ил.

Литература

• Пасынков В. В., Чиркин Л. К. Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов. — 4-е изд., перераб. и доп.. — М.: Высшая школа, 1987. — С. 171-172. — 479 с.

Ссылки

9.2. Особенности применения

Таким образом, для стабилизатора напряжения необходим стабилитрон с мощностью рассеяния при комнатной температуре Pрасдоп =1Вт, гарантирующий Uст =7,2В при токе через него Icm =10мА с максимальным током стабилитрона Icm max >110мА.

Пример 24 Рассчитать стабилизатор напряжения, если ток нагрузки меняется в

пределах от нуля до 30мА, напряжение цепи также меняется. Положим, что имеется стабилитрон с допустимой мощностью рассеяния Pрас

доп=1Вт; Uст=10В; Icm min=1мА. Расчет должен гарантировать рабочую мощность рассеяния в приборе Pрас=0,25Вт. Среднее напряжение цепи

Uц=18В.

Решение

Поскольку Uст=10В, а рабочая мощность рассеяния Pрас раб= =0,25Вт, то рабочий ток через стабилитрон равен Icmраб= =0,25Вт/10В=25мА. Отсюда, сопротивление балластного резистора:

R	=	U	ц	−Ucm	=	(18 −10)В	=145Ом,
б		Iст.раб		+ Iн. max		25мА + 30мА

поскольку через Rб одновременно может протекать рабочий ток стабилитрона и максимальный рабочий ток нагрузки.

При уменьшении напряжения цепи, с учетом постоянства падения напряжения на диоде, а также Rб будет наблюдаться уменьшение тока через стабилитрон. Поскольку его наименьший ток составляет Icm min =1мА, то допустимое минимальное напряжение цепи составляет:

Uц. min =Uст +(Iн. max + Iст. min ) Rб =10В+31мА 0,145к =14,5В

.

Допустимой мощности рассеивания соответствует Icm max= =1Вт/10В=10мА. Наихудший – с точки зрения рассеяния мощности в стабилитроне режим имеет место, при токе нагрузки равном нулю (весь ток течет через стабилитрон) и максимальном напряжении цепи. Отсюда:

Uц.max =Uст + Iст. max Rб =10В+100мА 0,145к = 24,5В

.

Таким образом, в рассмотренном случае напряжение цепи может меняться лишь от 14,5 В до 24,5 В при изменении тока нагрузки от нуля до

30мА.

9.3.Ослабление пульсаций напряжения

Как работает стабилизатор напряжения на стабилитроне

Для многих электрических схем и цепей достаточно простого блока питания, который не имеет стабилизированной выдачи напряжения. Такие источники чаще всего включают в себя низковольтный трансформатор, диодный выпрямительный мост, и конденсатор, выступающий в виде фильтра.

Напряжение на выходе блока питания имеет зависимость от числа витков вторичной катушки трансформатора. Обычно напряжение бытовой сети имеет посредственную стабильность, и сеть не выдает нужные 220 вольт. Величина напряжения может плавать в интервале от 200 до 235 В. Значит, и напряжение на выходе трансформатора также не будет стабильным, а вместо стандартных 12 В получиться от 10 до 14 вольт.

Работа схемы стабилизатора

Электрические устройства, которые не чувствительны небольшим перепадам напряжения питания могут обойтись обычным блоком питания. А более капризные приборы уже не смогут работать без стабильного питания, и могут попросту сгореть. Поэтому есть необходимость во вспомогательной схеме выравнивания напряжения на выходе.

Рассмотрим схему работы простого стабилизатора, выравнивающего постоянное напряжение, на транзисторе и стабилитроне, который играет роль основного элемента, определяет, выравнивает напряжение на выходе блока питания.

Перейдем к конкретному рассмотрению электрической схемы обычного стабилизатора для выравнивания постоянного напряжения.

• Имеется трансформатор для понижения напряжения с переменным напряжением на выходе 12 В.
• Такое напряжение поступает на вход схемы, а конкретнее, на диодный выпрямительный мост, а также фильтр, выполненный на конденсаторе.
• Выпрямитель, выполненный на основе диодного моста, преобразует переменный ток в постоянный, однако получается скачкообразная величина напряжения.
• Полупроводниковые диоды должны работать на наибольшей силе тока с резервом 25%. Такой ток может создавать блок питания.
• Обратное напряжение не должно снижаться меньше, чем выходное напряжение.
• Конденсатор, играющий роль своеобразного фильтра, выравнивает эти перепады питания, преобразуя форму напряжения в практически идеальную форму графика. Емкость конденсатора должна находиться в пределах 1-10 тысяч мкФ. Напряжение должно быть тоже выше входной величины.

Нельзя забывать о следующем эффекте, что после электролитического конденсатора (фильтра) и диодного выпрямительного моста переменное напряжение повышается на величину около 18%. А значит, что в результате получается не 12 В на выходе, а около 14,5 В.

Действие стабилитрона

Следующим этапом работы является работа стабилитрона для стабилизации постоянного напряжения в конструкции стабилизатора. Он является главным функциональным звеном. Нельзя забывать, что стабилитроны могут в определенных пределах выдерживать стабильность на некотором постоянном напряжении при обратном подключении. Если подать напряжение на стабилитрон от нуля до стабильного значения, то оно будет повышаться.

Когда оно дойдет до стабильного уровня, то останется постоянным, с небольшим возрастанием. При этом будет увеличиваться сила тока, проходящего по нему.

В рассматриваемой схеме обычного стабилизатора, у которого выходное напряжение должно быть 12 В, стабилитрон определен для величины напряжения 12,6 В, так как 0,6 В будет являться потерей напряжения на переходе транзистора эмиттер – база. Выходное напряжение на приборе будет именно 12 В. А так как мы устанавливаем стабилитрон на величину 13 В, на выходе блока получится примерно 12,4 вольта.

Стабилитрон требует ограничения тока, предохраняющего его от излишнего нагревания. Судя по схеме, эту функцию осуществляет сопротивление R1. Оно включено по последовательной схеме со стабилитроном VD2. Другой конденсатор, выполняющий функцию фильтра, подключен параллельно стабилитрону. Он должен выравнивать возникающие импульсы напряжения. Хотя можно вполне обойтись и без него.

На схеме изображен транзистор VТ1, подключенный с общим коллектором. Такие схемы характеризуются значительным усилением тока, однако при этом по напряжению усиления нет. Отсюда следует, что на выходе транзистора образуется постоянное напряжение, имеющееся на входе. Так как эмиттерный переход забирает на себя 0,6 В, то на выходе транзистора получается всего 12,4 В.

Для того, чтобы транзистор стал открываться, необходим резистор для образования смещения. Такую функцию выполняет сопротивление R1. Если изменять его величину, то можно изменять выходной ток транзистора, а, следовательно, и выходной ток стабилизатора. В качестве эксперимента можно вместо резистора R1 подключить переменный резистор на 47 кОм. Регулируя его можно изменять выходную силу тока блока питания.

В конце схемы стабилизатора напряжения подключен еще один маленький конденсатор электролитического типа С3, который выравнивает импульсы напряжения на выходе стабилизированного устройства. К нему припаян по параллельной схеме резистор R2, который замыкает эмиттер VТ1 на отрицательный полюс схемы.

Заключение

Эта схема наиболее простая, включает в себя наименьшее количество элементов, создает стабильное напряжение на выходе. Для работы множества электрических устройств этого стабилизатора вполне достаточно. Такой транзистор и стабилитрон рассчитаны на наибольшую силу тока 8 А. Значит, что для подобного тока необходим охлаждающий радиатор, отводящий тепло от полупроводников.

Для разработки таких стабилизаторов чаще всего применяются стабилитроны, транзисторы и стабисторы. Они имеют пониженный КПД, поэтому используются только в маломощных схемах. Чаще всего они применяются в качестве источников основного напряжения в схемах компенсации стабилизаторов напряжения. Такие параметрические стабилизаторы бывают мостовыми, многокаскадными и однокаскадными. Это наиболее простые схемы стабилизаторов, построенных на основе стабилитрона и других полупроводниковых элементов.