3.3.      Стабилитроны

Стабилитроном называется полупроводниковый диод, предназ­наченный для стабилизации напряжения, напряже­ние на котором в области электрического пробоя при обратном включении слабо зависит от тока в заданном диапазоне.

Стабилитроны работают в режиме электрического пробоя. Под действием сильного поля в области р-п-перехода обратный ток резко возрастает при малых изменениях приложенного напряжения. Эту особенность ВАХ кремниевого диода в области пробоя (рис. 3.3) используют для стабилизации напряжения, а также фиксации уровней напряже­ний и токов в схемах, отсюда другое название кремниевых стаби­литронов – опорные диоды.

Пробивное напряжение определяется шириной обедненной области, т.е. концентрацией легирующих примесей или удельным сопротивлением кристалла полупроводника. Напряже­ние пробоя, являющееся напряжением стабилизации, может из­меняться в широких пределах, от 2,7 до 200 В, в зависимости от удельного сопротивления кремния.        

Основные параметры стабилитронов:

· напряжение стабилиза­ции ();

· дифференциальное сопротивление ();

· статическое сопротивление ();

· коэффициент качества ();

· температурный коэффициент напряжения стабилизации (ТКН); ТКН = .

Так как реальная ВАХ в области пробоя имеет некоторый на­клон, то напряжение стабилизации зависит от тока стабилизации (). Максимальный ток стабилизации () ограничен допустимой мощностью рассеяния () и возможностью перехода электрическо­го пробоя в тепловой, который является, в свою очередь, необрати­мым.

Минимальный ток стабилизации () соответствует началу устойчивого электрического пробоя. При меньших токах в диоде во­зникают шумовые колебания тока, происхождение которых связано с ме­ханизмом лавинного пробоя. Шумы в предпробойной области используются в специальных приборах – полупроводниковых гене­раторах шума.

Дифференциальное сопротивление () характеризует качество стабилизации и определяется углом наклона ВАХ в об­ласти пробоя. Дифференциальное сопротивление серийных прибо­ров возрастает с ростом напряжения стабилизации.

Температурный коэффициент напряжения зависит от напряжения стабилизации  (рис. 3.4). Как видно из рисунка, для высоковольтных стаби­литронов ТКН положительный, а для низковольтных – отрицательный. Это объясняется зависимостью механизма пробоя (лавинного или туннельного) от степени легирования полу­проводника. Изменение знака ТКН происходит при концент­рациях примеси в кремнии 3.1017 см -3. При      = 5 – 6 В ТКН минимальный.

Один из способов уменьшения температурного коэффициента за­ключается в последовательном соеди­нении переходов с равными по значе­нию, но противоположными по знаку ТКН. Если переход стабилитрона имеет абсолютное значение ТКН, рав­ное + 6 мВ/К, то при сборке после­довательно с ним подсоединяют три р-п-перехода, которые будут работать в прямом направлении, так как для прямого направления ТКН - 2 мВ/К. Такие термокомпенсированные стабилитроны с ТКН = 5.10 -4 К -1 и менее применяются в источниках эталонно­го напряжения вместо нормальных элементов.

Конструкция стабилитронов аналогична конструкциям выпрямительных дио­дов. Тип корпуса выбирают в зависимости от мощности рассеяния. Основ­ные параметры некоторых отечественных стабилитронов приведе­ны в табл. 3.2.

Разновидностью кремниевых стаби