Стабилитроны и стабисторы.

Стабилитроны и стабисторы.

реферат по «Электротехнике»

 

 

Разработал студент гр.14ТМС

Бурак С.С

 

Проверил ст. преподаватель

Баранова С.К.

 

 

г. Тирасполь 2016

Стабилитроны и стабисторы.

 

Полупроводниковый стабилитрон – это диод, предназначением которого является стабилизация напряжения на нагрузке за счет работы в режиме электрического пробоя. Для изготовления стабилитрона в кристалл с проводимостью n-типа добавляют акцепторные примеси диффузионно-сплавным или сплавным методом. В качестве акцепторных примесей могут использовать алюминий, получая, таким образом, электронно-дырочный p-n переход. После получения данного перехода кристаллы стабилитрона заключают в герметичный корпус из стекла, металла или пластика.

 

Характеристика стабилитрона:

При прямом включении характеристика стабилитрона практически не будет иметь отличий от характеристики диода, а вот вольт-амперная характеристика при обратном подключении имеет существенную особенность – в режиме электрического пробоя стабилитрон будет иметь практически неизменное напряжение в довольно большом диапазоне токов. Именно это свойство стабилитронов и позволяет использовать их в качестве стабилизаторов напряжения на нагрузке. Как и любой элемент, стабилитрон тоже имеет свои основные параметры:

Напряжение стабилизации U_ст – падение напряжения, возникающее при протекании через стабилитрон тока номинального I_ст;

Минимальный стабилизационный ток – это ток, необходимый для возникновения электрического пробоя в элементе;

Максимальный стабилизационный ток – предельный ток, при котором электрический пробой не перерастет в тепловой;

Максимальная мощность рассеивания – предельная мощность, при которой в p-n переходе не произойдет теплового пробоя;

Дифференциальное сопротивление – отношения напряжения стабилизации к току стабилизации R_диф = ∆U_ст/∆I_ст. Такое сопротивление может колебаться от долей Ома (низковольтные стабилитроны), до тысяч Ом (для высоковольтных устройств);

Температурный коэффициент стабилизации – можно выразить как отношение изменившегося напряжения стабилизации к номинальному значению стабилизационного напряжения, а также и к флюктуации температуры окружающей среды:

Стабилитроны могут быть изготовлены на напряжения от нескольких единиц вольт до нескольких сотен. Мощные же полупроводниковые устройства данного типа, с номинальными токами в несколько ампер, устанавливаются на охладители, для лучшего теплообмена. Также могут выпускаться устройства с несколькими, а точнее с двумя, анодами для реализации процесса стабилизации как напряжений имеющих положительную полярность, так отрицательную.

 

Полупроводниковый стабилитрон — это диод, предназначенный для работы в режиме пробоя на обратной ветви вольт-амперной характеристики. В диоде, к которому приложено обратное, или запирающее, напряжение, возможны три механизма пробоя: туннельный пробой, лавинный пробой и пробой вследствие тепловой неустойчивости — разрушительного саморазогрева токами утечки. Тепловой пробой наблюдается в выпрямительных диодах, особенно германиевых, а для кремниевых стабилитронов он не критичен.

Стабилитроны проектируются и изготавливаются таким образом, что либо туннельный, либо лавинный пробой, либо оба эти явления вместе возникают задолго до того, как в кристалле диода возникнут предпосылки к тепловому пробою. Серийные стабилитроны изготавливаются из кремния, известны также перспективные разработки стабилитронов из карбида кремния и арсенида галлия.

 

Основное назначение стабилитронов — стабилизация напряжения. Серийные стабилитроны изготавливаются на напряжения от 1,8 В до 400 В. Интегральные стабилитроны со скрытой структурой на напряжение около 7 В являются самыми точными и стабильными твердотельными источниками опорного напряжения: лучшие их образцы приближаются по совокупности показателей к нормальному элементу Вестона. Особый тип стабилитронов, высоковольтные лавинные диоды («подавители переходных импульсных помех», «супрессоры», «TVS-диоды») применяется для защиты электроаппаратуры от перенапряжений.

 

Основная область применения стабилитрона — стабилизация постоянного напряжения источников питания. В простейшей схеме линейного параметрического стабилизатора стабилитрон выступает одновременно и источником опорного напряжения, и силовым регулирующим элементом. В более сложных схемах стабилитрону отводится только функция источника опорного напряжения, а регулирующим элементом служит внешний силовой транзистор.

Прецизионные термокомпенсированные стабилитроны и стабилитроны со скрытой структурой широко применяются в качестве дискретных и интегральных источников опорного напряжения (ИОН), в том числе в наиболее требовательных к стабильности напряжения схемах измерительных аналого-цифровых преобразователей. C середины 1970-х годов и по сей день (2012 год) стабилитроны со скрытой структурой являются наиболее точными и стабильными твердотельными ИОН. Точностные показатели лабораторных эталонов напряжения на специально отобранных интегральных стабилитронах приближаются к показателям нормального элемента Вестона^[38].

Особые импульсные лавинные стабилитроны («подавители переходных импульсных помех», «супрессоры», «TVS-диоды») применяются для защиты электроаппаратуры от перенапряжений, вызываемых разрядами молний и статического электричества, а также от выбросов напряжения на индуктивных нагрузках. Такие приборы номинальной мощностью 1 Вт выдерживают импульсы тока в десятки и сотни ампер намного лучше, чем «обычные» пятидесятиваттные силовые стабилитроны. Для защиты входов электроизмерительных приборов и затворов полевых транзисторов используются обычные маломощные стабилитроны. В современных «умных» МДП-транзисторах защитные стабилитроны выполняются на одном кристалле с силовым транзистором.

В прошлом стабилитроны выполняли и иные задачи, которые впоследствии потеряли прежнее значение:

• Ограничение, формирование, амплитудная селекция и детектирование импульсов. Ещё в эпоху электронных ламп кремниевые стабилитроны широко применялись для ограничения размаха импульсов и преобразования сигналов произвольной формы в импульсы заданной полярности. С развитием интегральных технологий эту функцию взяли на себя устройства на быстродействующих компараторах, а затем цифровые процессоры обработки сигналов.
• Стабилизация напряжения переменного тока также сводилась к ограничению размаха синусоидального напряжения двусторонним стабилитроном. При изменении входного напряжении амплитуда выходного напряжения поддерживалась постоянной, а его действующее значение лишь незначительно отставало от действующего значения входного напряжения.
• Задание напряжений срабатывания реле. При необходимости установить нестандартный порог срабатывания реле последовательно с его обмоткой включали стабилитрон, доводивший порог срабатывания до требуемого значения. С развитием полупроводниковых переключательных схем сфера применения реле сузилась, а функцию управления реле взяли на себя транзисторные и интегральные пороговые схемы.
• Задание рабочих точек усилительных каскадов. В ламповых усилителях 1960-х годов стабилитроны использовались как замена RC-цепочек автоматического смещения. На нижних частотах звукового диапазона и на инфразвуковых частотах расчётные ёмкости конденсаторов таких цепей становились неприемлемо велики, поэтому стабилитрон стал экономичной альтернативой дорогому конденсатору.
• Межкаскадный сдвиг уровней. Сдвиг уровней в ламповых усилителях постоянного тока обычно осуществлялся с помощью газонаполненных стабилитронов или обычных неоновых ламп. C изобретением полупроводниковых стабилитронов они стали применяться вместо газонаполненных. Аналогичные решения применялись и в транзисторной аппаратуре, но были быстро вытеснены более совершенными схемами сдвига уровней на транзисторах.
• Стабилитроны с высоким ТКН использовались как датчики температуры в мостовых измерительных схемах. По мере снижения напряжений питания и потребляемых мощностей эту функцию приняли на себя прямо смещённые диоды, транзисторные PTAT-цепи и интегральные схемы на их основе.

 

Стаби́стор (ранее нормистор) — полупроводниковый диод, в котором для стабилизации напряжения используется прямая ветвь вольт-амперной характеристики (то есть в области прямого смещения напряжение на стабисторе слабо зависит от тока). Отличительной особенностью стабисторов по сравнению со стабилитронами является меньшее напряжение стабилизации, которое составляет примерно 0,7 В. Последовательное соединение двух или трёх стабисторов даёт возможность получить удвоенное или утроенное значение напряжения стабилизации. Некоторые типы стабисторов представляют собой единый набор с последовательным соединением отдельных элементов.

Стабисторам присущ отрицательный температурный коэффициент сопротивления, то есть напряжение на стабисторе при неизменном токе уменьшается с увеличением температуры. В связи с этим стабисторы используют для температурной компенсации стабилитронов с положительным коэффициентом напряжения стабилизации.

Основная часть стабисторов — кремниевые диоды. Кроме кремниевых стабисторов промышленность выпускает и селеновые поликристаллические стабисторы, которые отличаются простотой изготовления, а значит, меньшей стоимостью. Однако селеновые стабисторы имеют меньший гарантированный срок службы (1000 ч) и узкий диапазон рабочих температур.

Примеры стабисторов

· КС107А — U_ст = 0,7 В

· КС113А — U_ст = 1,3 В

· КС119А — U_ст = 1,9 В

· Д220С — U_ст = 0,59 В

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: