Стабилитроны и стабисторы. Это полупроводниковые диоды, принцип работы которых ос­нован на том, что при обратном напряжении на р-п - переходе в области электрического пробоя напряжение

Это полупроводниковые диоды, принцип работы которых ос­нован на том, что при обратном напряжении на р-п - переходе в области электрического пробоя напряжение на нем изменяется незначительно при значительном из­менении тока. Стабистор — полупроводниковый диод, напряжение на котором в области прямого напряжения почти не зависит от тока в заданном его диапазоне и который предназначен для стабилизации напряжения. Стабилитроны и стабисторы предназначены для стабили­зации напряжений и используются в параметрических стабилизаторах напряжения в качестве источников опор­ных напряжений, в схемах ограничения перенапряже­ний в силовых цепях и др. Напряжение стабилизации (пробивное напряжение) является рабочим. Оно зависит от свойств полупроводника, из которого изготавливают диод, а также технологии изготовления прибора.

С помощью специальных технологических меропри­ятий можно добиться того, чтобы напряжения пробой отдельных проводящих участков (микроплазм) незначи­тельно отличались друг от друга и от напряжения про боя р-n -перехода. В этом случае на порядки возрастает допустимая мощность при об­ратном токе. Диоды на осно­ве таких переходов получи­ли название лавинных дио­дов.

Рис. 3.1 Форма р-п перехода лавинного диода

1- область диффузии бора; 2- коль­цевая область диффузии алюминия.

Лавинные диоды могут работать в условиях кратко­временных перенапряжений, допуская существование об­ратного тока в несколько де­сятков ампер. Энергия при этом рассасывается в диоде, а напряжение равно напряжению лавинообразования.

В конструкции лавинного диода превышение пробив­ного напряжения достигнуто за счет специальной кон­фигурации р-n -перехода (рис. 3.1). В месте выхода на поверхность р-n -переход конструктивно выполнен более глубоким, что достигается диффузией алюминия. Пере­ход в центральной части осуществляется диффузией бора.

Разновидностью лавинного диода является стабили­трон, работающий в режиме электрического пробоя р-п -перехода. При напряжении пробоя ток стабилитро­на резко возрастает, а напряжение остается равным на­пряжению стабилизации. Так же, как и в лавинных ди­одах, в стабилитроне обеспечивается превышение напря­жения пробоя по поверхности над объемным напряжением пробоя. Кремний, применяемый в стабилитронах, дол­жен быть однородным по удельному сопротивлению.

Рис. 3.2 Стабилизация напряжения

a – схема стабилизации напряжения; б – вольт-амперная характеристика стабилитрона.

Простейшая схема стабилизации напряжения приве­дена на рис. 3.2. В соответствии с обратной вольтамперной характеристикой диода — стабилитрона (рис. 3.2 6) и с помощью гасящего резистора R_T (рис. 3.3 a), при изменении входного напряжения U _вх выходное напряже­ние U _вых на нагрузке R _н с большой степенью точности поддерживается на заданном уровне при поддержании температуры прибора. В этом случае, если входное на­пряжение возрастает, то увеличивается обратный ток и падение напряжения на гасящем резисторе R_r.

Основными параметрами стабилитронов являются напряжение на стабилитроне (от 3 до 400 В) при макси­мальном токе до 100 мА и допустимая рассеиваемая мощ­ность в стабилитроне, которая достигает единиц ватт.

Альтернативой лавинному диоду является создание специальных ограничителей перенапряжений (ОПН), работающих в цепях защиты. Ограничитель напряже­ния имеет структуру типа р-п-р. При приложении на­пряжения в одном из направлений один из р-n -переходов смещается в обратном направлении и ограничитель напряжения работает как обычный стабилитрон. При перемене полярности приложенного напряжения в рабо­ту вступает другой р-n -переход, и ограничение напряже­ния происходит в обратном направлении. На этом прин­ципе разработаны также ограничители КСОН, допускаю­щие выделение энергии до 10 Дж.