Стабилитроны

Если ограничить ток при туннельном и лавинном пробое, не допуская перехода в тепловой, то его состояние может поддерживаться долго и воспроизводиться бесконечное число раз. Приборы, рабо­тающие в области туннельного и лавинного пробоя, называются стабили­тронами, а напряжение пробоя – напряжением стабилизации, поскольку стабилитроны используются главным образом для стабилизации напря­жения. Напряжение стабилизации зависит от полупроводникового мате­риала и технологии его обработки. Изготавливают стабилитроны в основ­ном из кремния.
У стабилитронов с малым напряжением стабилизации (3–4 В) возникает туннельный пробой. У стабилитронов с напряжением ста­билизации более 7 В (более высокоомный полупроводник) возникает ла­винный пробой.
У стабилитронов с напряжением стабилизации 4–7 В имеет место одновременно туннельный и лавинный механизмы пробоя.

Основными параметрами стабилитронов являются: напряжение стаби­лизации U_ст , минимальный и максимальный токи стабилизации I_min, I_max , динамическое сопротивление R_д=dU_ст/dI_ст , температурный коэффици­ент напряжения стабилизации ТКН=(dU_ст/U_стdT)100% при I_ст=const .

Минимальный ток стабилизации ограничивается неустойчивостью со­стояния пробоя при малых токах, максимальный – мощностью, которую может рассеять переход.

У стабилитронов с лавинным механизмом пробоя при малых токах на­блюдаются значительные шумы, которые объясняются тем, что состояние пробоя неустойчиво. Он то исчезает, то возникает вновь. При туннельном механизме пробоя шумы отсутствуют.

Динамическое сопротивление характеризует наклон ВАХ в режиме пробоя оси абсцисс. Типичные значения   R_д=1-50 Ом.

Очень важным параметром является ТКН стабилитрона, характери­зующий температурную стабильность напряжения пробоя.

Знак температурного коэффициента напряжения стабилизации зависит от типа пробоя. При туннельном пробое знак ТКН отрицателен (с увеличе­нием температуры напряжение пробоя уменьшается), при лавинном – по­ложителен (рис. 3.3).

Объясняется это следующим образом. При воз­растании температуры несколько уменьшается ширина запрещенной зоны и поэтому облегчается туннельный переход валентных электронов в зону проводимости. Напря­жение туннельного пробоя умень­шается.

При лавинном пробое с увеличением температуры уменьшается длина свободного пробега носителей заряда. Чтобы они могли на меньшей длине приобрести энергию, достаточную для ионизации, необходимо уве­личить напряжение. Поэтому напряжение пробоя при этом механизме воз­растает с увеличением температуры.

Так как с увеличением температуры прямое падение напряжения на диоде уменьшается, то, соединив последовательно диод в прямом на­правлении и стабилитрон с лавинным механизмом пробоя, возможно осуществить термокомпенсацию напряжения стабилизации (рис. 3.4).

Такие стабилитроны имеют малый ТКН (10^-4— 5·10^-6 1/K) и называются тер­мо­ком­пен­си­ро­ванными. Однако хорошая термокомпенсация возможна при определенном токе. Прямой ветвью ВАХ таких стабилитронов явля­ется ВАХ закрытого диода.