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 приR_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 точки

U₁в 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 (иR_д)I_д=I_ст. Если входное напря­жение по какой-то причине уменьшится и станет равным U₂, 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.

Справочник Стабилитроны и стабисторы / Стабилитроны мощностью более 0.3 Вт, но не более 5 Вт

1. Серии
2. Приборы и модули полупроводниковые
3. Стабилитроны и стабисторы / Стабилитроны мощностью более 0.3 Вт, но не более 5 Вт

	Наименование	Технические условия	Категория качества	Производитель	Описание	Гарантийный срок эксплуатации	Количество компонентов в данной серии	Номинальное напряжение стабилизации, В	Максимальный ток стабилизации, не более, мА	Минимальный ток стабилизации, не менее, мА	Температурный коэффициент напряжения стабилизации, %/град. С	Максимальный температурный уход напряжения стабилизации, мВ

Параметр

E-mail адрес, указанный при регистрации:

На введенный Вами электронный адрес будет отправлена ссылка для восстановления пароля.

Перейдя по ней измените свой пароль на новый. Ссылка будет действительна в течении двух часов.

диодов — Что такое «стабистор»? Как это работает и как устроено?

Я продолжил поиски в Интернете надежного источника информации о стабисторах и нашел очень старое руководство по транзисторам GE (1964 г.) это отвечает на большинство моих первоначальных вопросов, хотя и кратко.

В главе 17 под названием SILICON SIGNAL DIODES & Snap DIODES , на странице 450 есть следующий раздел:

Итак, согласно этому источнику, стабисторы (они же низковольтные эталонные диоды) имеют следующие характеристики:

• Физически они представляют собой кремниевые устройства с PN-переходами, содержащие один или несколько PN-переходов, соединенных последовательно.

• Их форвард V _F  – I _F характеристика жестко контролируется (из процесса или постпроизводственного отбора это не ясно, может и то, и другое).

• Они предназначены для использования только с прямым смещением (подтверждение того, что они действительно являются диодами, прямое падение напряжения которых используется в качестве опорного напряжения).

• Их темпко больше, чем у стабилитрона, но этот недостаток компенсируется более жестким начальным допуском, меньшим динамическим сопротивлением и отсутствием слаботочных шумов. Все это обеспечивает более точное опорное напряжение в диапазоне рабочих токов и температур.

РЕДАКТИРОВАТЬ

О том, что стабистор, вероятно, не является особенно сложным устройством, можно косвенно судить по следующему забавному анекдоту, взятому из этого документа:

Отчет для Музея компьютерной истории о проекте корпоративной истории информационных технологий: Fairchild Corporation.

Это сборник внутренних историй бывших сотрудников Fairchild Corporation, собранных за их историческую значимость в развитии электронной промышленности.

На странице 85 есть эта история (курсив мой):

Заголовок: Времена проще и чуть ли не самый крупный заказ диодов в истории

Автор: Дэвид Лоус

Я присоединился к компании SGS-Fairchild в Южном Руислипе недалеко от Лондона, Англия, в 1966 году. После двух лет работы в маркетинге и продажах Билл Веллинг спас меня от пожизненного заключения за английскую погоду и кулинарию в 1968 году и нанял меня инженером по продажам в штаб-квартире в Маунтин-Вью. . Моя годовая зарплата равнялась зарплате премьер-министра Англии. Спасибо, спасибо, спасибо, Билл!!!

Мои первые выходные прошли на фестивале поп-музыки в Монтерее, окутанный облаком странного, сладко пахнущего сигаретного дыма, наблюдая, как Дженис Джоплин и участники группы Big Brother and the Holding Company выпивают целую бутылку «Южного комфорта» в необыкновенные двадцать дней. минутное исполнение «Я и Бобби МакГи». На следующей неделе я обнаружил Филлмор Билла Грэма в Сан-Франциско, где выступал Джими Хендикс. Кен Кизи и «Веселые шутники» терроризировали жителей Ла-Хонды, в то время как Рой Кеплер из Kepler’s Books преподавал курсы ненасилия таким, как Джоан Баэз. Вокруг кампуса Стэнфорда Свободный университет Мидпенинсула предлагал учебную программу по пчеловодству, хлебопекарству, массажу, медитации, психоделическим танцам и йоге. Простая, но памятная эпоха!

Моя работа заключалась в том, чтобы продавать все, что не было прикручено болтами, любому покупателю, который заплатит деньги вперед к западу от Скалистых гор. Это включало изогнутые кремниевые пластины для National (Чарли не хотел платить за прямые) и нестандартные пакеты для AMI. Один из наиболее предприимчивых персонажей, Арни Аплебаум, заработал много денег, продавая военным «перепрофилированные» отбракованные силовые транзисторы. Он отпилил верхнюю часть металлической банки, снял матрицу, а затем установил две бок о бок на новую головку, подключенную к конфигурации Дарлингтона. Это устройство давало достаточный прирост мощности, чтобы соответствовать спецификации mil, на которую ему каким-то образом удалось получить одобрение.

Я почти закрыл крупнейший заказ на диоды в истории с Джо Патриджем (я почти уверен, что это был именно он), который в то время работал на Бернса и Тауна. У B&T была операция по закупке радиоактивных устройств и повторной проверке их для продажи гонконгским производителям радио. Те, которые вообще не работали, монтировались в неподключенные разъемы на плате. Затем эти радиоприемники можно было рекламировать как 12-транзисторные модели для потребителей, которые не знали, что только 6 или около того транзисторов действительно что-то делают. Впрочем, вернемся к истории с диодами. С момента открытия диодного завода в Сан-Рафаэле в 1959 году бракованные устройства хранились в бочках на складе по соседству . По нашим оценкам, этих бочек содержали около 100 миллионов диодов . B&T знала, что они могут продать многие из них как стабисторов и вернуть остальные за их драгоценное материальное содержание . Мы договорились о цене, которая была одобрена Томом Бэем, но к тому времени, когда заказ прибыл в августе 1968 года, то же самое было с Хоганом и командой. Новое руководство подумало, что может найти более выгодную сделку, и отменило мой потенциальный исторический заказ. Насколько я знаю, когда я уехал из Fairchild 4 года спустя, Сан-Рафаэль все еще платил за хранение диодов на арендованном складе.

Пока я работал над этой сделкой, меня пригласили на экскурсию по заводу в Сан-Рафаэле. Это был типичный полупроводниковый завод 1960-х, куда можно было зайти в производственные, испытательные и сборочные цеха на своей улице. одежда. Исключение составила станция сортировки вафель. Там вы были лучше всего экипированы парой резиновых сапог. Инженеры-испытатели выяснили, что большинство электрических сбоев было вызвано пустотами. в металлизации штампа. Таким образом, вместо того, чтобы выполнять дорогостоящую электрическую сортировку пластин, они начертили на кристалле и бросили его в ведро с водой. Металлические пустоты захватили пузырьки воздуха, которые вызвали потенциальные отказы штампов всплывают наверх. Их сняли, а хороший штамп в нижней части отправили на сборочную линию. Действительно, времена проще!

Примечание: я процитировал всю историю, потому что она забавная и действительно по теме. история электроники, хотя не все части имеют отношение к ответу.

Эта история говорит нам о том, что в то время стабистор вполне мог быть бракованным диодом (поэтому, возможно, не отвечающим требованиям с их обратным максимальным напряжением или обратным током утечки), который все еще мог продаваться как стабистор после процесса выбора.

Так что уж точно не специальное и не экзотическое устройство!!!

Как стабилитрон и резистор регулируют напряжение?

спросил 12 лет, 4 месяца назад

Изменено 6 лет, 5 месяцев назад

Просмотрено 5к раз

\$\начало группы\$

У меня возникли проблемы с пониманием простого стабилизатора напряжения, который можно построить с помощью стабилитрона (из раздела 2. 04 книги «Искусство электроники»). Я знаю, что было бы лучше использовать усилители и так далее, но я просто пытаюсь понять, как работает эта схема.

Я не очень понимаю, как работает схема, но я предполагаю, что когда к выходу прикладывается нагрузка, она потребляет ток от источника (Vin) и, таким образом, вызывает падение напряжения? Как стабилитрон помогает поддерживать напряжение и, таким образом, заставляет эту схему действовать как регулятор?

• регулятор напряжения
• диоды
• стабилитрон

\$\конечная группа\$

0

\$\начало группы\$

Посмотрите на кривую стабилитрона. Вы увидите, что устройство выходит из строя при напряжении Зенера при обратном смещении и проводит. Это свойство будет фиксировать выходное напряжение при напряжении пробоя в диапазоне выходных токов при использовании резистора с относительно небольшими изменениями напряжения. Он также стабилизирует выход при изменении входного напряжения.

Строго говоря, стабилитроны являются низковольтными устройствами (примерно до 5В6). Более высоковольтные имеют другой режим работы и называются лавинными диодами. Однако оба типа обычно называют зенерами.

\$\конечная группа\$

6

\$\начало группы\$

Предположим, ваше входное напряжение составляет 10 В, стабилитрон типа 5 В и резистор 100\$\Омега\$. Стабилитрон установит \$V_{OUT}\$ на 5В, так что ток через резистор будет \$I = \frac{10V — 5V}{100\Omega } = 50mA\$. Когда вы подаете нагрузку на выход, скажем, 500\$\Omega\$, стабилитрон по-прежнему будет поддерживать выходное напряжение 5 В, поэтому через R все равно будет проходить 50 мА, но часть этого тока будет проходить через нагрузку: \$I_L = \frac{5V}{500\Omega} = 10 мА\$, так что через стабилитрон проходит только 40 мА. Для более низких сопротивлений нагрузки ток через нагрузку будет увеличиваться, отнимая ток от стабилитрона, пока у него не останется слишком мало тока для правильной регулировки \$V_{OUT}\$. 50 мА из примера были выбраны не случайно; часто это ток, при котором указано напряжение стабилитрона (особенно для старых стабилитронов). Более современные стабилитроны могут работать при токах намного ниже 1 мА. Если \$R_L\$ меньше 100\$\Omega\$, резистивный делитель \$R/R_L\$ потянет \$V_{OUT}\$ ниже напряжения стабилитрона, стабилитрон больше не будет играть и \ $V_{OUT}\$ упадет ниже 5В.
Пока для регулирование нагрузки .

Регулирование линии сообщает, как регулятор реагирует на изменения входного напряжения. Возьмем наш пример с нагрузкой 500\$\Omega\$ и уменьшим входное напряжение до 9В. Выходное напряжение по-прежнему поддерживается стабилитроном на уровне 5 В, поэтому ток через нагрузку остается равным 10 мА, но ток через R будет равен \$I = \frac{9V — 5V}{100\Omega } = 40 мA\$, и следовательно ток через стабилитрон 30мА. Опять же, входное напряжение может уменьшиться до точки, когда у стабилитрона остается слишком мало тока для правильной работы. Верхний предел входного напряжения определяется максимально допустимым током через стабилитрон и R.

Этот тип регулирования напряжения очень прост, но не очень хорош. Плохая стабилизация линии , что означает, что выходное напряжение все еще будет немного изменяться при увеличении/уменьшении входного напряжения. То же самое с регулированием нагрузки : выходное напряжение будет меняться в зависимости от нагрузки. А по сравнению с максимальной нагрузкой в ​​стабилитроне немаленькие потери, так что не очень эффективен . Небольшой встроенный регулятор, такой как LM78Lxx, всегда будет лучшим выбором.

\$\конечная группа\$

1

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Обязательно, но не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания и подтверждаете, что прочитали и поняли нашу политику конфиденциальности и кодекс поведения.