Стабилитроныпредназначены для стабилизации напряжений. Они работают в области лавинного или туннельного пробоя. Ниже перечислены основные параметры стабилитронов:
1) Напряжение стабилизации — значение напряжения на стабилитроне при заданном токе стабилизации. Так как участок пробоя вольт-амперной характеристики проходит почти вертикально, то можно считать, что . Напряжение стабилизации лежит в пределах от 3,3 до 96 В.
2) Максимальный ток стабилизации ограничивается максимально допустимой мощностью:
3) Минимальный ток стабилизации определяется гарантированной устойчивостью состояния пробоя.
4) Дифференциальное сопротивление определяется при среднем токе стабилизации:
5) Температурный коэффициент напряжения стабилизации — относительное изменение напряжения стабилизации при изменении температуры окружающей среды на (при лавинном характере пробоя коэффициент положителен, при туннельном — отрицателен, величина коэффициента составляет 10-5..10-3 К-1):
На рис. 3.14, а представлена схема стабилизации напряжения, а на рис. 3.14, б показаны графики, иллюстрирующие работу схемы.
Для определения токов и напряжений надо построить вольт-амперную характеристику стабилитрона (график 1), которая проходит практически вертикально, вольт-амперную характеристику нагрузки (график 2) и вольт-амперную характеристику ограничительного резистора (график 3). Пересечение графиков 1 и 3 определяет значение тока , потребляемого от источника питания (точка А). Пересечение графиков 1 и 2 определяет значение тока нагрузки (точка В). Разность токов равна току стабилитрона .
Если сопротивление нагрузки изменяется, то изменяется ток . При уменьшении ток возрастает (точка В опускается вниз), а ток уменьшается, при этом положение точки А сохраняется неизменным, то есть увеличение тока нагрузки сопровождается уменьшением тока стабилитрона, а потребление тока от источника питания не зависит от нагрузки.
Если изменяется напряжение источника питания , то точка А меняет свое положение. При уменьшении (график 4) точка А поднимается вверх (точка А'), то есть уменьшается потребление тока соответственно, уменьшается ток , а ток сохраняется постоянным.
Параметры схемы выбирают так, чтобы при изменении нагрузки и напряжения источника питания выполнялись неравенства
Здесь — минимальное и максимальное напряжения источника питания;
- минимальный и максимальный токи нагрузки.
Стабилитроны широкого применения обладают сравнительно высоким температурным коэффициентом напряжения ( ). Более высокой температурной стабильностью обладают прецизионные стабилитроны, в которых последовательно соединены три р-п-перехода. Один из них — стабилизирующий — включен в обратном направлении, два других — термокомпенсирующих — включены в прямом направлении. При повышении температуры напряжение на стабилизирующем переходе растет, а на термокомпенсирующих переходах уменьшается, поэтому результирующее напряжение на стабилитроне изменяется незначительно и температурный коэффициент получается около .
Для стабилизации двухполярных напряжений и для защиты электрических цепей от перенапряжений обеих полярностей применяют двуханодные стабилитроны, которые имеют симметричную вольт-амперную характеристику. Такие стабилитроны изготовляют путем введения примесей в пластину кремния одновременно с двух сторон. При этом образуются два р-п-перехода, включенных встречно.
Для ограничения амплитуды импульсов напряжения разработаны импульсные стабилитроны. При мгновенном изменении напряжения нарастание лавины в них происходит за очень короткий промежуток времени (порядка 10-11 с). Это обстоятельство позволяет использовать импульсный стабилитрон в качестве инвертированного диода, в котором участок лавинного пробоя можно рассматривать как прямую ветвь вольт-амперной характеристики импульсного диода.
Разновидностью стабилитрона является стабистор— полупроводниковый диод, в котором для стабилизации напряжения используется прямая ветвь вольт-амперной характеристики. Отличительной особенностью стабисторов по сравнению со стабилитронами является меньшее напряжение стабилизации, которое составляет примерно 0,7 В. Для увеличения напряжения стабилизации используют последовательное соединение нескольких стабисторов, смонтированных в одном корпусе или сформированных в одном кристалле. Для увеличения крутизны прямой ветви вольт-амперной характеристики базу стабистора делают низкоомной. Из-за малого сопротивления базы толщина р-п-перехода оказывается очень небольшой, поэтому напряжение пробоя стабисторов не превышает нескольких вольт. Температурный коэффициент стабисторов отрицателен, то есть с повышением температуры прямая ветвь его характеристики сдвигается влево.