Напряжение на обратной ветви ВАХ стабилитрона в области электрического пробоя слабо зависит от значения проходящего тока. Вольтамперная характеристика стабилитрона приведена на рисунке 6.
Рисунок 6 – УГО стабилитрона и его вольтамперная характеристика
Как видно, в области пробоя напряжение на стабилитроне Uст лишь незначительно изменяется при больших изменениях тока стабилизации Iст. Такая характеристика используется для получения стабильного (опорного) напряжения.
Напряжение, которое устанавливается на выводах стабилитрона при протекании через него обратного тока в пределах Iст min...Iст max, называется напряжением стабилизации. Напряжение стабилизации Uст незначительно зависит от тока Iст. Напряжение стабилизации связано с напряжением пробоя, но не равно ему, так как ВАХ имеет определенную крутизну.
В общем случае Uст определяется шириной запирающего слоя p-n-перехода, то есть концентрацией примесей в полупроводнике. В случае большой концентрации примеси p-n-переход получается тонким, и в нем даже при малых напряжениях возникает электрическое поле, вызывающее туннельный пробой. При малой концентрации примеси p-n-переход имеет значительную ширину, и лавинный пробой наступает раньше. Иногда помимо напряжения стабилизации нормируется разброс величины напряжения стабилизации ΔUст ном, представляющий собой максимально допустимое отклонение напряжения стабилизации от номинального для стабилитронов одного типа.
2. минимально допустимый ток стабилизации Iст min.
При малых обратных токах стабилитрон работает на начальном участке вольтамперной характеристики, где значение обратного напряжения неустойчиво и может колебаться в пределах от 0 до Uст. Величина минимально допустимого тока стабилизации Iст min задает минимальный ток, при котором гарантируется ввод p-n-перехода стабилитрона в режим устойчивого пробоя и, как следствие, стабильное значение напряжения стабилизации Uст.
3. максимально допустимый ток стабилизации Iст max.
Максимально допустимый ток стабилизации – это максимальный ток, при котором гарантируется надежная работа стабилитрона. Он определяется максимально допустимой рассеиваемой мощностью прибора. Рабочий ток стабилитрона (его обратный ток) не должен превышать максимально допустимого значения Iст max во избежание теплового пробоя полупроводниковой структуры и выхода стабилитрона из строя.
4. номинальный ток стабилизации:
. (7)
5. номинальное напряжение стабилизации Uст ном – падение напряжения на стабилитроне в области стабилизации при номинальном значении тока Iст ном.
6. динамическое (дифференциальное) сопротивление – отношение приращения напряжения стабилизации к вызвавшему его малому приращению тока:
. (8)
Чем меньше rд, тем лучше стабилизация напряжения.
7. статическое сопротивление стабилитрона Rст в данной рабочей точке характеризует омические потери:
. (9)
8. коэффициент качества стабилитрона:
. (10)
Коэффициент качества представляет собой отношение относительного изменения напряжения на стабилитроне к относительному изменению тока. Качество стабилитрона тем выше, чем меньше Q.
Температурный коэффициент напряжения стабилизации αUст показывает, на сколько процентов изменится относительное изменение напряжения стабилизации при изменении температуры окружающей среды на 1°C и постоянном токе стабилизации:
,[%/°С]. (11)
В сильно легированных полупроводниках вероятность туннельного пробоя с увеличением температуры возрастает из-за уменьшения ширины запрещённой зоны. Поэтому напряжение стабилизации у таких стабилитронов при нагревании уменьшается, то есть они имеют отрицательный температурный коэффициент напряжения стабилизации ТКН.
В слабо легированных полупроводниках при увеличении температуры уменьшается длина свободного пробега носителей вследствие возрастания рассеяния на фононах решётки, что приводит к увеличению порогового значения напряжения, при котором начинается лавинный пробой. Такие стабилитроны имеют положительный ТКН.
Минимальный ТКН имеют кремниевые стабилитроны с напряжением пробоя 5-7 В, когда туннельный и лавинный пробои развиваются одновременно.
Путем последовательного соединения двух или более p-n-переходов с различными по знаку ТКН удается получить прецизионные стабилитроны с ТКН не более 0,0005 %/°C в широком диапазоне температур.
. (7)
. (8)
. (9)
. (10)
,[%/°С]. (11)