Характеристики пробоя стабилитрона

Символ стабилитрона показан на рисунке ниже. Вместо прямой линии, представляющей катод, стабилитрон имеет изогнутую линию, которая напоминает вам букву Z (от стабилитрона). Стабилитрон - это кремниевый pn переход, который предназначен для работы в области обратного пробоя. Напряжение пробоя стабилитрона устанавливается путем тщательного контроля уровня легирования во время изготовления. Из обсуждения характеристической кривой диода в предыдущей статье видно, что когда диод достигает обратного пробоя, его напряжение остается почти постоянным, даже если ток резко меняется, и это ключ к работе стабилитрона. Эта вольт-амперная характеристика снова показана на рисунке ниже, где нормальная рабочая область для стабилитронов показана заштрихованной областью. Стабилитроны с пробоями Стабилитроны предназначены для работы в режиме обратного пробоя. Два типа обратного пробоя стабилитрона - это лавинный и стабилитрон. Лавинный эффект возникает как в выпрямителе, так и в стабилитронах при достаточно высоком обратном напряжении. Пробой стабилитрона происходит в стабилитроне при малых обратных напряжениях. Стабилитрон сильно легирован для уменьшения напряжения пробоя. Это вызывает очень тонкую область истощения. В результате внутри обедненной области существует сильное электрическое поле. Вблизи напряжения пробоя стабилитрона (V) поле достаточно интенсивное, чтобы вытягивать электроны из их валентных зон и создавать ток. Стабилитроны с напряжением пробоя менее примерно 5 В работают преимущественно в режиме пробоя стабилитрона. Устройства с пробивным напряжением выше примерно 5 В работают преимущественно при лавинном пробое. Однако оба типа называются стабилитронами. Стабилитроны коммерчески доступны с напряжениями пробоя от менее 1 В до более 250 В с указанными допусками от 1% до 20%. Характеристики пробоя стабилитрона На рисунке ниже показана обратная часть характеристической кривой стабилитрона. Обратите внимание, что по мере увеличения обратного напряжения (VR) обратный ток (IR) остается чрезвычайно малым вплоть до «изгиба» кривой. Обратный ток также называется током стабилитрона IZ. В этот момент начинается эффект пробоя; внутреннее сопротивление стабилитрона, также называемое импедансом стабилитрона (ZZ), начинает уменьшаться по мере быстрого увеличения обратного тока. Снизу изгиба напряжение пробоя стабилитрона (VZ) остается практически постоянным, хотя оно немного увеличивается с увеличением тока стабилитрона IZ. Рис: Обратная характеристика стабилитрона. VZ обычно указывается на значении тока стабилитрона, известном как испытательный ток. Стабилитрон Стабилитрон Способность поддерживать обратное напряжение на его выводах по существу постоянным является ключевой особенностью стабилитрона. Стабилитрон, работающий при пробое, действует как регулятор напряжения, поскольку он поддерживает почти постоянное напряжение на своих выводах в заданном диапазоне значений обратного тока. Необходимо поддерживать минимальное значение обратного тока IZK, чтобы диод не выходил из строя для регулирования напряжения. Вы можете видеть на кривой на рисунке выше, что, когда обратный ток уменьшается ниже изгиба кривой, напряжение резко падает и регулирование теряется. Также существует максимальный ток IZM, выше которого диод может выйти из строя из-за чрезмерного рассеивания мощности. Таким образом, стабилитрон поддерживает почти постоянное напряжение на своих выводах для значений обратного тока в диапазоне от IZK до IZM. Номинальное напряжение стабилитрона, VZ, обычно указывается в таблице данных как значение обратного тока, называемого испытательным током стабилитрона. Эквивалентные схемы стабилитрона На рисунке ниже показана идеальная модель (первое приближение) стабилитрона в обратном пробое и его идеальная характеристическая кривая. Он имеет постоянное падение напряжения, равное номинальному напряжению стабилитрона. Это постоянное падение напряжения на стабилитроне, вызванное обратным пробоем, представлено символом постоянного напряжения, даже если стабилитрон не вырабатывает напряжения. Рис. Модель эквивалентной схемы идеального стабилитрона и характеристическая кривая. На рисунке (а) ниже представлена ​​практическая модель (второе приближение) стабилитрона, в которую включено импеданс (сопротивление) стабилитрона ZZ. Поскольку фактическая кривая напряжения не является идеально вертикальной, изменение тока стабилитрона (ΔIZ) вызывает небольшое изменение напряжения стабилитрона (ΔVZ), как показано на рисунке ниже (b). По закону Ома отношение ΔVZ к ΔIZ является импедансом, выраженным в следующем уравнении: Обычно ZZ задается при испытательном токе стабилитрона. В большинстве случаев можно предположить, что ZZ представляет собой небольшую константу во всем диапазоне значений тока стабилитрона и является чисто резистивной. Лучше избегать использования стабилитрона около изгиба кривой, потому что импеданс в этой области резко меняется. Рис. Практическая эквивалентная схема стабилитрона и характеристическая кривая, иллюстрирующая ZZ. Для большинства работ по анализу схем и поиску и устранению неисправностей идеальная модель даст очень хорошие результаты, и ее намного проще использовать, чем более сложные модели. Когда стабилитрон работает нормально, он будет иметь обратный пробой, и вы должны наблюдать номинальное напряжение пробоя на нем. На большинстве схем показано, каким должно быть это напряжение. Основное применение стабилитронов - это тип стабилизатора напряжения для обеспечения стабильных опорных напряжений для использования в источниках питания, вольтметрах и других приборах. Напряжение пробоя стабилитрона Существует два различных механизма, из-за которых в стабилитроне может произойти пробой. Они приведены ниже. Пробой Зенера. Пробой Лавины. Различные поломки обычно различаются в зависимости от концентрации допинга. Когда PN-переход сильно легирован, пробой стабилитрона происходит, в то время как лавинный пробой происходит только тогда, когда PN-переход очень слабо легирован. 1. Пробой Зенера: Пробой Зенера происходит, когда напряжение обратного смещения на pn переходе достаточно велико, так что результирующее электрическое поле на переходе оказывает на связанный электрон большую силу, чтобы вырвать его из ковалентной связи. Таким образом, прямой разрыв ковалентных связей производит большое количество электронно-дырочных пар, тем самым увеличивая обратный ток. Этот процесс называется пробоем Зенера. Поскольку напряжение пробоя уменьшается с увеличением температуры перехода, это отрицательные температурные коэффициенты. 2. Лавинный пробой: термически генерируемый носитель падает вниз через барьер перехода и получает энергию от приложенного потенциала. Этот носитель сталкивается с кристаллическим ионом и передает энергию, достаточную для нарушения ковалентной связи. В дополнение к исходному носителю была создана новая электронно-дырочная пара. Эти носители могут также получать достаточную энергию от приложенного поля, сталкиваться с другим кристаллическим ионом и все же создавать другие электронно-дырочные пары. Этот процесс известен как умножение лавины. При этом напряжение пробоя увеличивается с повышением температуры. Стабилитроны имеют диапазон пробивного напряжения от 3 до 200 В. Стабилитроны Применения Стабилитроны могут применяться в различных схемах защиты. В стабилитронах, то есть схемах ограничения, которые используются для отсечения нежелательной части формы волны напряжения. Как регулирующий элемент в регуляторах напряжения.

Оставить сообщение 

Список сообщений