И.П. Жеребцов - Основы электроники (1115520), страница 18
Текст из файла (страница 18)
в режиме стабилизации, он становится такого же порядка, как и прямой ток. В настоящее время выпускаются исключительно кремниевые стабилитроны многих типов. Их также называют опорнымн диодами, так как получаемое от них стабильное напряженве в ряде случаев используется в качестве эталонного. На рнс. 3.19 дана типичная волът-амперная характеристика стабилитрона при обратном токе, показывающая, что в режиме стабилизации напряжение меняется мало.
Характеристика для прямого тока стабилитрона такая же, как у обычных диодов. Кремниевые стабилитроны могут быть изготовлены на малые напряжения (единицы вольт), а именно такие нужны для питания многих транзисторных устройств. Рассмотрим основнъи параметры кремниевых стабилитронов. Напряжение стабилизации (7 может быть примерно от 5 до 200 В, изменение тока стабилитрона от 1 „ до 1 „ составляет десятки и даже сотни миллиампер, Максимальная допустимая мощность Р рассеиваемая в стабилитроне,— от сотен милливатт до единиц ватт. Дифференциальное сопротивление Рч = Ли!А( в Юмд 2()мА тглак 1абр Рис.
ЗД9. Вольт-амперная характеристика кремниевого стабилитрона при обратном токе режиме стабилизации может быть от десятых долей ома для низковольтных мощных стабилитронов до 200 Ом для стабилитронов на более высокие напряжения. Низковольтные стабилитроны небольшой мощности имеют сопротивление й, от единиц до десятков ом. Чем меньше Е„тем лучше стабилизация. При идеальной стабилизации было бы )г, = О. Так как Я, является сопротивлением переменному току, то его не следует путать со статическим сопротивлением, т.
е. сопротивлением постоянному току Яо = игб Сопротивление Ео всегда во много раз больше Ял. Влияние температуры оценивается температурным коэффициентом напряжения стабилизации ТКН, который характеризует изменение напряжения 11 при изменении температуры на один градус, т.е. ТКН = ЛУ„,,/(У, ЬТ). (3.17) Температурный коэффициент напряжения может быть от (0 ' до 10 з К Значение У„и знак ТКН зависят от удельного сопротивления основного полупроводника. Стабилитроны на напряжения до 7 В изготовляются из кремния с малым удельным сопротивлением, т.е. с большой концентрацией примесей.
В этих стабилитронах л-р-переход имеет малую толщину, в нем действует поле с высокой напряженностью и пробой происходит главным образом за счет туннельного эффекта. Прн этом ТКН получается отрицательным. Если 56 же применен кремний с меньшей концентрацией примесей, то п — р-переход будет толще. Его пробой возникает при более высоких напряжениях и является лавинным. Для таких стабилитронов характерен положительный ТКН.
Простейшая схема применения стабилитрона показана на рис. 3.20. Нагрузка (потребитель) включена параллельно стабилнтрону. Поэтому в режиме стабилизации, когда напряжение на стабилитроне почти постоянно, такое же напряжение будет и на нагрузке. Все изменения напряжения источника Е при его нестабильности почти полностью поглощаются ограничительным резистором Я„к Наиболее часто стабилитрон работает в таком режиме, когда напряжение источника нестабильно, а сопротивление нагрузки Я„ постоянно. Для установления и поддержания правильного режима стабилизации в этом случае ивар + Рис.
3.20. Схема включения стабилитрона сопротивление Я„р должно иметь определенное значение. Обычно й, рассчитывают для средней точки Т характеристики стабилитрона. Если напряжение Е меняется от Е м до Е „, то можно Я,„р найти по следующей формуле: Я„ш = (Š— Н )~(1 + 1„), (3.18) где Е„=0,5(Е м+ Е,„) — среднее напряжение источника; 1,„= 0,5 (1 м + + 1,„) — средний ток стабилитрона; 1„ = У„„/Я„ — ток нагрузки. Если напряжение Е станет изменяться в ту или другую сторону, то будет изменяться ток стабилитрона,но напряжение на нем, а следовательно, и на нагрузке будет почти постоянным.
Поскольку все изменения напряжения источника должны поглощаться ограни- 57 чительным резистором, то наибольшее изменение этого напряжения, равное Е„,„ — Е„,„, должно соответствовать наибольшему возможному изменению тока, при котором еще сохраняется стабилизация, т. е. 1„.„— 1,„. Отсюда следует, что если значение Е изменяется на АЕ, то стабилизация будет осуществляться только при соблюдении условия ЬЕ ( (1~~ — 1„н) Я„,р.
(3.19) Стабилизация в более широком диапазоне изменения Е возможна при увеличении Я,„к Но из формулы (3.18) следует, что большее Я, получается при меньшем 1„, т. е. при большем Я„. Повышение Е„также дает увеличение Я„к Иногда необходимо получить стабильное напряжение более низкое, чем дает стабилитрон. Тогда последовательно с нагрузкой включают добавочный резистор, сопротивление которого легко рассчитать по закону Ома (рис. 3.21). Рис. 3.21. Включение добавочного резистора для понижения стабильного напряжения на нагрузке Второй возможный режим стабилизации применяется в том случае, когда Е= сопз1, а Я„изменяется в пределах от Я„н до Я„„„.
Для такого режима Ян„я можно определить по средним значениям токов по формуле Яогл = (Š— Пст)/(1гя + 1ньл), (3.20) где 1„, = 0,5(1„,„+ 1„„„„), причем )ап:и = (7 Фивах и 1ат~х = (7етФнвш. Работу схемы в данном режиме можно объяснить так. Посколъку Я, постоянно и падение напряжения на нем, равное Š— (7, также постоянно, то и ток в Я,, равный 1гя+ 1„, должен быть постоянным. Но последнее возможно только в том случае, если ток стабилитрона 1 и ток 1„изменяются в одинаковой степени, но в противо- положные стороны. Например, если 1„ увеличивается, то ток 1 на столько же уменьшается, а их сумма остается неизменной.
Для получения более высоких стабильных напряжений применяется последовательное соединение стабилитронов, рассчитанных на одинаковые токи (рис. 3.22). Вследствие разброса характеристик и параметров у отдельных экземпляров стабилитронов данного типа их параллельное соединение с целью получения больших токов не рекомендуется.
Оно допускается только при условии, что суммарная мощность, рассеиваемая на всех стабилитронах, не превышает предельной мощности одного стабилитрона Для повышения стабильности напряжения может применяться схема каскадного соединения стабилитронов (рис.
3.23), в которой стабилитрон Д, Рис. 3.22. Последовательное включение ста- билитронов должен иметь более высокое напряжение (7, нежели стабилитрон Д,. Эффективность стабилизации напряжения характеризуется коэффициентом стабилизации )гго который показывает, во сколько раз относительное изменение напряжения на выходе схемы стабилизации меньше, чем относительное изменение напряжения на входе. Для простейшей схемы по рис.
3.20 можно написать Рис. 3.23. Каскадное включение сгабили- тронов к = . (3.21) ЬЕ)Е ат~ м Практически полупроводниковый стабнлитрон может обеспечить л,, равный нескольким десяткам. А при каскадном соединении (рис. 3.23) общий коэффициент стабилизации равен произведению коэффициентов стабилизации отдельных звеньев (ячеек): к = л,к,ы„, (3.22) и уже при двух звеньях достигает нескольких сотен. Недостаток рассматриваемых схем стабилизации состоит в том, что потери мощности в самом стабилитроне и на Е„р велики, особенно в схеме каскадного соединения.
Следует еще о~метить, что если имеют место пульсации напряжения Е, то стабилитрон значительно сглаживает их. Это объясняется тем, что стабилитрон обладает малым сопротивлением переменному току. Оно обычно во много раз меньше Л,„р Поэтому большая часть напряжения пульсаций поглощается в Е„р, а на стабилитроне и на нагрузке будет лишь малая часть этого напряжения. Стабисторы. Это полупроводниковые днолы, предназначенные для работы в стабилизаторах напряжения, причем в отличие от стабилитронов у стабисторов используется не обратное напряжение, а прямое. Значение этого напряжения мало зависит от тока в некоторых его пределах.
Как правило, стабисторы изготовляются из кремния и имеют напряжение стабилизации в среднем около 0,7 В. Ток стабисторов обычно может быть от 1 мА до несхольких десятков миллнампер. Для получения стабильного напряжения в единицы вольт соелиняют последовательно несколъко стабисторов. Особенность стабисторов — отрицательный температурный коэффициент напряжения, т.е.
напряжение стабилизации с повышением температуры уменьшается. Поэтому стабнсторы применяют также в качестве термокомпенсирующих элементов, со- 58 единяя их последователыю с обычными стабилитронами, имеющими положительный температурный коэффициент напряжения. Варикапы. Эти плоскостные диоды, иначе называемые параметрическими, работают при обратном напряжении, от которого зависит барьерная емкость.
Таким образом, варнкапы представляют собой конденсаторы переменной емкости, управляемые не механически, а электрически, т. е. изменением обратного напряжения. Варикапы применяются главным образом для настройки колебательных контуров, а также в некоторых специальных схемах, например в так называемых параметрических усилителях. На рис.
3.24 показана простейшая схема включения варикапа в колебательный Рис. 3.24, Схема включения варякапа в колебательвый контур в качестве конденсатора переменной емкости контур. Изменяя с помощью потенциометра Я обратное напряжение на вари- капе, можно изменять резонансную частоту контура. Добавочный резистор Я, с большим сопротивлением включен для того, чтобы добротность контура не снижалась заметно от шунтирующего влияния потенциометра Я. Конденсатор С„ является разделительным. Без него варикап был бы для постоянного напряжения замкнут накоротко катушкой Е. В качестве варикапов довольно успешно можно использовать кремниевые стабилитроны при напряжении ниже У когда обратный ток еще очень мал и, следовательно, обратное сопротивление очень велико.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
