В Бессонов - Радиоэлектроника для начинающих (и не только)

В стабилитронах обратная ветвь ВАХ имеет крутой излом (рис. 4.10, а ), обусловленный резким ростом тока, и используется для стабилизации постоянного напряжения. Обратное сопротивление стабилитрона при малых напряжениях велико, а при достижении напряжения стабилизации ток резко возрастает. На рис. 4.10, б приведена рабочая часть ВАХ стабилитрона. Эффект стабилизации основан на том, что большое изменение тока Д1 вызывает малое изменение напряжения Δ U .

Рис. 4.10. ВАХ стабилитрона

Прямая ветвь стабилитрона ничем не отличается от характеристики обычного диода и падение напряжения в прямом направлении равно примерно 0,6 В.

Основные параметры стабилитронов: напряжение стабилизации U ст, максимальный I ст. макси минимальный I ст. минток стабилизации, дифференциальное (динамическое) сопротивление r диф ~= Δ U/Δ I, статическое сопротивление r стат ~= U ст/ I ст, температурный коэффициент напряжения (ТКН) стабилизации α ст= Δ U∙100/( U ст∙Δ Т)%/°С при постоянном токе стабилизации (табл. 4.4).

Стабилизация тем лучше, чем круче идет кривая ВАХ и, соответственно, чем меньше дифференциальное сопротивление r диф, и чем меньше ТКН стабилизации.

Так как реальная ВАХ имеет некоторый наклон, то напряжение U стстабилизации зависит от тока I стстабилизации (рис. 4.11).

Рис. 4.11. Напряжение стабилизации в реальных условиях зависит от тока стабилизации

Максимальный ток стабилизации I ст. максограничен допустимой мощностью рассеивания Р доп. Минимальный ток I ст. минстабилизации соответствует началу устойчивого режима стабилизации; при меньших токах в диоде возникает значительное напряжение шумов (такой режим работы используется на специальных полупроводниковых приборах — генераторах шума).

ТКН стабилизации зависит от рабочей силы тока, а также от напряжения стабилитрона.

На рис. 4.12 показана зависимость ТКН стабилизации α стот напряжения U стстабилизации. Как видно из рисунка, для высоковольтных стабилитронов α стбольше нуля, а для низковольтных меньше нуля.

Рис. 4.12. График зависимости ТКН стабилизации стабилитрона от напряжения стабилизации

Для уменьшения ТКН стабилизации выпускаются термокомпенсированные стабилитроны, в которых соединены последовательно стабилитрон и р-n -переход (диод), включенный в прямом направлении. С повышением температуры падение напряжения на р-n -переходе (включенном в прямом направлении) уменьшается, а на обратно смещенном р-n -переходе (стабилитроне) растет. Таким способом у термокомпенсированных стабилитронов, например КС211, удается получить малый (у КС211Б α ст= 0,02 %/°С, а, для сравнения, у КС650А α ст= 0,2 %/°С).

На рис. 4.13 изображена схема параметрического стабилизатора напряжения, применяемая на практике.

Рис. 4.13. Принципиальная схема параметрического стабилизатора напряжения

При увеличении входного напряжения возрастет сила тока I в обшей цепи и сила тока через стабилитрон I ст. Увеличится падение напряжения на балластном резисторе R б. Напряжение на стабилитроне U сти на нагрузке R ностанутся практически неизменными. Обратите внимание: в схеме на катод стабилитрона подается «+» источника питания, а на катод — «—» источника!

Для стабилизации напряжения разной полярности выпускаются симметричные стабилитроны, имеющие симметричную ВАХ.

Диоды, у которых для стабилизации напряжения используется прямая ветвь ВАХ, называют стабисторами. Стабисторы включаются в схему стабилизации напряжения как обычные диоды. В отличие от стабилитронов стабисторы имеют малое напряжение стабилизации (около 0,7 В).

Для расширения диапазона стабилизации используют последовательное соединение в одном корпусе нескольких стабисторов.

Параметры стабисторов аналогичны параметрам стабилитронов, а их максимальная сила тока и мощность те же, что и у выпрямительных диодов. Стабисторы имеют отрицательный ТКН стабилизации. Для использования в качестве стабистора предназначены кремниевые диоды Д219С, Д22 °C, Д223С. Внешний вид всех стабилитронов одинаковый.

Если у вас нет стабилитрона на нужное напряжение, в этом случае надо собрать цепочку последовательно соединенных стабилитронов так, чтобы при протекании через них рабочего тока выполнялось равенство:

U ст1 + U ст 2+ … + U ст n= U ст,

где U ст— требуемое напряжение стабилизации.

Так как напряжение стабилизации однотипных стабилитронов имеет значительный разброс, то для подбора стабилитронов надо собрать схему из последовательно соединенных источника постоянного напряжения с напряжением, превышающим напряжение стабилизации на 25…50 %, переменного резистора 500…1000 Ом, проверяемого стабилитрона и миллиамперметра. Для измерения напряжения стабилизации на стабилитроне надо иметь вольтметр с входным сопротивлением не менее 1 кОм/В (входное сопротивление универсального вольтметра не менее 45 кОм/В). С помощью переменного резистора устанавливают силу тока в цепи, равную рабочей силе тока стабилитрона, и измеряют напряжение стабилизации.

Для увеличения мощности рассеивания стабилитронов применяют радиаторы. В простейшем виде теплоотвод (радиатор) представляет собой две алюминиевые пластинки толщиной 2 мм и площадью 200…220 см 2.

Для эффективного отвода тепла пластины хорошо прижимают к корпусу стабилитрона. Чтобы улучшить тепловой контакт, надо со стабилитрона в местах соприкосновения его с пластинами удалить краску и смазать невысыхающей смазкой, например, силиконовой. Это позволяет увеличить силу тока стабилизации стабилитронов, например, типа Д808…Д813 в десятки раз.

Для проверки исправности стабилитронов Д808…Д813, Д815 и др. можно воспользоваться любым авометром. Если при измерении прямого сопротивления авометр покажет сопротивление 100… 150 Ом, а при измерении обратного сопротивления стрелка прибора не сдвинется с места (на шкале «Ω∙10»), то стабилитрон считается исправным.