Стабистор это особая разновидность полупроводниковых диодов. Для того чтобы стабилизировать напряжение, стабистор применяет свои вольт-амперные характеристики. Главным отличием этих радиодеталей от своих аналогов стабилитронов – это небольшое напряжение, которое находится на уровне меньше 1 Вольта.
Им более свойственен отрицательный коэффициент сопротивления и температуры. Таким образом величина напряжения сокращается при увеличении температур. Стабисторы, как правило, используются, чтобы скомпенсировать положительный коэффициент напряжения. В статье содержится подробная информация о данных радиодеталях и сфера их применения. В качестве бонуса внутри статьи содержатся несколько видеоматериалов по данной теме, а также научная статья.
Стабилитрон и стабистор
Стабилитроны и стабисторы — это полупроводниковые диоды, предназначенные для стабилизации, т. е. поддержания постоянства напряжения в цепях питания радиоэлектронной аппаратуры. Конструкции стабилитронов широкого применения аналогичны плоскостным выпрямительным диодам.
Стабистор это полупроводник, стабилизирующий напряжение через прямую ветвь вольт-амперной характеристики за счет работы в режиме электрического пробоя.
Стабилитрон работает не на прямой, как выпрямительные или высокочастотные диоды, а на том участке обратной ветви вольт-амперной характеристики, где незначительное обратное напряжение вызывает значительное увеличение обратного тока через прибор. Основные параметры стабилитронов и стабисторов большой мощности представлены в таблице ниже.
Разобраться в сущности действия стабилитрона тебе поможет его вольт-амперная характеристика. Здесь по горизонтальной оси отложены в некотором масштабе обратное напряжение а по вертикальной оси вниз — обратный ток /обр. Напряжение на стабилитрон подают в обратной полярности, т. е. включают так, чтобы его анод был соединен с минусом, а катод с плюсом источника питания. При таком включении через стабилитрон течет обратный ток /обр. По мере увеличения обратного напряжения обратный ток растет очень мало — характеристика идет почти параллельно оси Uобр. Но при некотором напряжении Uобр р-п переход стабилитрона пробивается и через него начинает течь значительный обратный ток. Теперь вольт-амперная характеристика резко поворачивает и идет вниз почти параллельно оси Iобр. Этот участок и является для стабилитрона рабочим.
Пробой же р-п перехода не ведет к порче прибора, если ток через него не превышает некоторой допустимой величины. Схема возможного практического применения стабилитрона, с помощью которого на нагрузку должно подаваться стабильное (неизменяющееся) напряжение. При таком включении через стабилизатор Д течет обратный ток Iобр, создающийся источником питания Uпит, напряжение которого непостоянно. Под действием этого напряжения ток Iобр, текущий через стабилитрон, тоже изменяется, а напряжение на нем, а значит, и на подключенной к нему нагрузке Rн остается практически неизменным. Резистор R ограничивает максимально допустимый ток, текущий через стабилитрон.
Стабистор, как и выпрямительный диод, работает на прямой ветви вольт-амперной характеристики. Стабистор открывается при незначительном прямом напряжении Unp и через него начинает течь нарастающий по величине прямой ток Iпр. Прямая ветвь вольт-амперной характеристики стабистора проходит почти параллельно оси Iпр; при значительном изменении прямого тока через стабистор падение напряжения на нем изменяется очень мало. Это свойство стабистора и используется для стабилизации напряжения.
Посмотри на рис. 88,6, где показана схема возможного практического применения стабистора. Принципиально такое устройство работает так же, как со стабилитроном, только на стабистор Д подается прямое напряжение. Вот наиболее важные параметры (характеристики) стабилитронов и стабисторов: напряжение стабилизации Uст, ток стабилизации Iст, минимальный ток стабилизации Iстмин и максимальный ток стабилизации Iстмакс. Параметр — это то падение напряжения, которое создается между выводами стабилизатора или стабистора в рабочем режиме. Наша промышленность выпускает кремниевые стабилитроны на напряжение стабилизации Uст от нескольких вольт до 180 В, а стабисторы — на Uв пределах нескольких вольт.
Минимальный ток стабилизации Iстмин — это: для стабилитрона — наименьший ток через прибор, при котором начинается устойчивая работа в режиме «пробоя» (на рис. 87, а — линия Iстмин); для стабистора — наименьший прямой ток, при котором крутизна вольт-амперной характеристики резко уменьшается (на рис. 88, а — на уровне линии Iст.мин). С уменьшением этого тока приборы перестают стабилизировать напряжение. Максимально допустимый ток стабилизации Iст макс — это наибольший ток через прибор (не путай с током, текущим в цепи, питающейся от стабилизатора напряжения), при котором температура его р-п перехода не превышает допустимой (на рис. 87, а и 88, а — линии Iстмакс). Превышение тока Iст.макс ведет к тепловому пробою р-п перехода и, естественно, к выходу прибора из строя.
[stextbox id=’info’]Основные параметры некоторых стабилитронов и стабисторов, наиболее часто используемых в радиолюбительских конструкциях, приведены в прилож. 3. В блоке питания, например, о котором я буду рассказывать в восьмой беседе, будет использован стабилитрон Д813. Напряжение стабилизации этого стабилитрона (при Iст=5 мА) может быть от 11,5 до 14 В, Iст.мин ~ 3 мА, Iст.макс — 20 мА, максимальная рассеиваемая мощность Рмакс (произведение напряжения Uст на ток Iст.макс) 280 мВт.[/stextbox]
Основные параметры стабилитронов
Участок AB на обратной ветви ВАХ стабилитрона является рабочим участком стабилизации напряжения (рис. 3.2,а), который определяет основные параметры стабилитрона:
- Минимально допустимый ток стабилизации Iст.min- минимальное значение обратного токастабилитрона, соответствующее возникновению устойчивого электрического пробоя;
- Максимально допустимый ток стабилизации Iст.max – максимальное значение обратного токастабилитрона, при котором электрический пробой переходит в тепловой. Величина максимального тока стабилизации ограничивается максимально допустимой мощностью рассеяния Pmax:
Iст.max=PmaxUст..
Материал по теме: Что такое реле времени
Допустимая рассеиваемая мощность Pmax определяется тепловым сопротивлением стабилитрона RT, допустимой температурой перехода Tп.max и температурой окружающей среды Tокр. Напряжение стабилизации Uст. — значение обратного напряжения стабилитрона в режиме стабилизации;
Дифференциальное сопротивление rдифф. – отношение малого приращения напряжения к малому приращению тока в режиме стабилизации rдифф.=ΔUcmΔIcm. Дифференциальное сопротивление характеризует качество стабилизации напряжения и определяет угол наклона ВАХ стабилитрона на участке стабилизации.
- Температурный коэффициент напряжения стабилизации αст.- отношение относительного изменения напряжения стабилизации к абсолютному изменению температуры окружающей среды при постоянном токе стабилизации αст.=δUст.ΔT=ΔUст.Uст.ΔT. Температурный коэффициент напряжения стабилизации у стабилитронов с лавинным пробоем положителен, а у стабилитронов с туннельным пробоем отрицателен.
При использовании стабилитрона для стабилизации напряжения его включают параллельно нагрузке Rн (рис.3.2,б). В неразветвленную часть цепи включают ограничительный резистор, сопротивление Rогр. которого должно быть значительно больше дифференциального сопротивления стабилитрона. Для обеспечения положения рабочей точки стабилитрона на участке стабилизации ограничительное сопротивление должно удовлетворять условиям:
Iст.=Emin−Uст.Rогр.−Iн.max>Iст.min,
Iст.=Emax−Uст.Rогр.−Iн.min<Iст.max,
откуда Emax−Uст.Iст.max+Iн.min<Rогр.<Emin−Uст.Iст.min+Iн.max,
где Iн.max, Iн.min – максимальный и минимальный токи нагрузки.
Изменение напряжения питания на величину ΔE и тока нагрузки на величину ΔIн вызывает изменение напряжения стабилизации на величину ΔUст., которые связаны уравнением:
Приращение тока стабилитрона ΔIст. можно выразить через приращение напряжения стабилизации и дифференциальное сопротивление стабилитрона:
ΔIст.=ΔUст.rдифф.,
тогда принимает вид
ΔE=ΔUст.(1+Rогр.rдифф.)+Rогр.ΔIн,
откуда получаем.
Выражение позволяет определить нестабильность напряжения стабилизации, обусловленную изменением питающего напряжения и тока нагрузки. Из (3.3) следует, что стабилизирующие свойства тем выше, чем больше отношение Rогр.rдифф..
Стабилитроны, обладающие температурным коэффициентом напряжения стабилизации менее 0,01%/°С, относят к прецизионным стабилитронам. Как правило, в прецизионных стабилитронах используют три последовательно соединенных p-n-перехода, один из которых – стабилизирующий, два других – термокомпенсирующие. Если стабилизирующий переход работает в режиме лавинного пробоя, то с увеличением температуры напряжение на нем растет. Одновременно прямое напряжение на двух термокомпенсирующих переходах уменьшается, поэтому общее напряжение на стабилитроне меняется незначительно
Для обеспечения стабилизации двуполярных напряжений стабилитроны общего назначения включают последовательно, а прецизионные – параллельно (рис.3.4,б).
[stextbox id=’info’]Кроме того, существуютдвуханодныестабилитроны, которые обеспечивают стабилизацию двуполярных напряжений (рис.3.4,в). Двуханодные стабилитроны имеют структуру, формируемую диффузией примесей в пластину n-кремния одновременно с двух сторон. Образующиеся при этом два p-n-перехода включены встречно. Внешние выводы имеют только анодные p-области структуры. При подаче на стабилитрон напряжения любой полярности один переход работает в режиме электрического пробоя, а другой является термокомпенсирующим.[/stextbox]
Для стабилизации или ограничения коротких импульсов напряжения следует применять импульсные стабилитроны, которые имеют сниженное значение барьерной емкости и малую длительность переходных процессов. При электрическом пробое в p-n-переходе импульсного стабилитрона неосновные носители заряды в базе не накапливаются. Постоянная времени, характеризующая лавинообразное нарастание тока при мгновенном изменении напряжения на стабилитроне, определяется временем пролета носителей через обедненный слой p-n-перехода и составляет около 10 – 11с, поэтому время переключения в основном определяется перезарядкой барьерной емкости перехода.
Материал по теме: Как проверить варистор мультиметром.
Стабисторы
Как и стабилитроны, стабисторы предназначены для стабилизации напряжения. Однако в отличие от стабилитронов в них используется специальная форма прямой ветви вольт-амперной характеристики. Поэтому стабисторы работают при прямом напряжении и позволяют стабилизировать малые напряжения (0,35−1,9 В). По основным параметрам они близки к стабилитронам.
Заключение
Более подробно об этом можно узнать, прочитав статью Маркировка стабилитронов и стабисторов. В нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессиональных электронщиков. Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vk.com/electroinfonet.
В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:
www.rcl-radio.ru
www/unradio.ru
www.mytooling.ru
www.ie.tusur.ru
www.texnic.ru
Предыдущая
