Стабилитрон

Внешне стабилитрон (рис. 1) похож на диод малой или средней мощности. Да и характеристика стабилитрона напоминает характеристику диода, поскольку содержит и прямую и обратную ветви (рис. 2). Но в отличие от диода на обратной ветви стабилитрона есть участок, обладающий весьма высокой крутизной. Иначе говоря, линия характеристики на этом участке резко падает вниз. Благодаря именно этому участку стабилитрон приобретает отличительное по сравнению с обычным диодом качество — он способен стабилизировать напряжение на заданной цепи электронного устройства.

Для достижения такого режима стабилитрон включают наоборот по сравнению с диодом — анодом к минусу напряжения, а катодом к плюсу (рис. 3). И конечно, параллельно нагрузке, напряжение на которой нужно поддерживать постоянным . В цепь же питания, последовательно со стабилитроном и нагрузкой, ставят резистор R1, который называют балластным.

В итоге получается делитель, основными элементами в котором являются резистор R1 и стабилитрон. Казалось бы, изменение напряжения на входе такого делителя вызовет в процентном отношении такое же изменение напряжения на его выходе, т. е. на стабилитроне, а значит, и на нагрузке. Однако это не так. Ведь стабилитрон обладает интересным свойством — его внутреннее сопротивление зависит от протекающего через стабилитрон тока. Если ток увеличивается, сопротивление уменьшается, и наоборот. Поэтому напряжение на стабилитроне, а следовательно, и на нагрузке останется практически постоянным. Изменение же входного напряжения погасится на балластном резисторе R1.

Возможен вариант, когда входное напряжение постоянно, а изменяется ток нагрузки. Здесь вновь работает стабилитрон — ток через него изменяется так же, как и через нагрузку, но в обратную сторону. Если, к примеру, ток через нагрузку возрастает, то через стабилитрон он падает. В итоге общий ток, протекающий через резистор R1, остается прежним, а значит, напряжение на нагрузке остается практически стабильным.

Конечно, эти свойства стабилитрона будут сохраняться лишь при определенных значениях минимального и максимального токов через него, показанных на рис. 2. Дело в том, что при снижении минимального тока стабилитрон выходит из режима пробоя и его рабочая точка перемещается на горизонтальную часть обратной ветви характеристики. При увеличении же тока выше допустимого неизбежно произойдет перегрев стабилитрона и выход его из строя.

Итак, вы уже знаете два основных параметра стабилитрона — минимальный (I _{ст min} ) и максимальный (I_{ст min} ) ток стабилизации. Еще стабилитрон характеризуется напряжением стабилизации и дифференциальным сопротивлением, которые, как и предыдущие параметры, приводятся в справочных данных.

Напряжение стабилизации U _ст — это напряжение на выводах стабилитрона в его рабочем режиме. Дифференциальное сопротивление r _д — отношение изменения напряжения стабилизации к вызвавшему его малому изменению тока стабилизации, т. е. r_д = ΔU _ст /ΔI _ст. Чем меньше дифференциальное сопротивление, тем выше стабильность напряжения на выводах стабилитрона.

По указанным параметрам обычно выбирают стабилитрон для той или иной конструкции стабилизатора или подыскивают наиболее подходящую замену.

Как видите, практически каждый из них имеет разброс по напряжению стабилизации. Это значит, что даже у двух одинаковых по маркировке стабилитронов при одном и том же токе стабилизации могут быть отличающиеся напряжения стабилизации.

Следует помнить и о том, что напряжение стабилизации может изменяться при изменении температуры окружающей среды. Это свойство характеризует температурный коэффициент напряжения (ТКН), который определяется как изменение напряжения стабилизации при изменении температуры на один градус при неизменном токе. У стабилитронов с напряжением стабилизации менее 5,4В ТКН отрицателен (с увеличением температуры напряжение стабилизации уменьшается), а у стабилитронов с большим напряжением стабилизации ТКН положителен.

И еще. Когда нужно стабилизировать малые напряжения (0,6...2 В), используют специальные стабилитроны — стабисторы , которые включают в прямом направлении (рис. 4), как и обычные диоды. В этом случае используется прямая ветвь характеристики (рис. 5).

Не подумайте, что роль стабистора может полностью выполнить обычный диод, скажем кремниевый. Крутизна ветви стабистора превышает диодную , поэтому и стабилизирующие свойства его выше.