координатных осей (рис. 9.2). При этом рабочий участок характеристики получается пологим.

По конструктивному выполнению (рис. 9.3) кремниевые стабилитроны аналогичны выпрямительным полупроводниковым диодам. К относительно массивному медному кристаллодержателю 1 (основание)

припаивается монокристалл кремния 2 с электропроводностью р-типа. Припой выбирается таким, чтобы с кремнием и медью он не создавал выпрямляющих контактов. С противоположной стороны кристалла создают путем вплавления алюминиевого электрода 4 зону электропроводности п-типа, а сам электрод - сваривают с токоотводом и выводом 6. В кристалле образуется jD-ft-переход S. Всю конструкцию помещают в металлический корпус 5, привариваемый к основанию. Токо-отвод пропускают через изолятор.

Кремниевые стабилитроны в сравнении с применявшимися ранее газовыми имеют много-преимуществ. У них небольшие габариты и масса. У кремниевых стабилитронов характеристика не имеет точки перегиба я, следовательно, напряжения зажигания более высокого, чем напряжения, пробря. Это облегчает расчет, улучшает характеристики схемы. У полупроводниковых стабилитронов отсутствует и участок характеристики с отрицательным наклоном, что позволяет подключать параллельно ему конденсатор любой емкости.

Стабилитрон сохраняет напряжение стабилизации от одного включения к другому с очень высокой точностью. Отклонения напряжения не превышают 0,01%.

Рис. 9.1

Рис. 9.2

Рис. 9.3

В заключение необходимо отметить, что на характеристику стабилитрона не влияет световое облучение, электрическое и магнитное поля.

Самым существенным недостатком кремниевых стабилитронов является изменение напряжения пробоя при изменении температуры. Однако теплового гистерезиса' у стабилитронов не наблюдается, поэтому в схему стабилизации можно включать элементы температурной компенсации.

при температуре -40 +60 С напряжение стабилизации меняется у большинства стабилитронов практически линейно. Поэтому температурную нестабильность напряжения удобно учитывать с помощью температурного, коэффи- . циента напряжения по формуле

(9.1) . : , .

и 12 Ю 8 6 4 2

0,5 1 и

5 10

15 [20 23

Рис. 9.4

где у - абсолютный температурный коэффициент; At - изменение температуры п-р-перехода.

Типовые характеристики стабилитронов с разными напряжениями стабилизации, снятые при температурах 20 и 60° С (рис. 9.4), показывают, что стабилитроны с напряжением стабилизации меньше 5 В имеют отрицательный температурный коэффициент, а стабилитроны с напряжением стабилизации больше 5 В - положительный.

Из нескольких стабилитронов с разными по знаку температурными коэффициентами можно составить схему с общим температурным коэффициентом, близким к нулю. Это так называемые схемы температурной компенсации.

§ 9.2. Эквивалентная схема стабилитрона

Стабилитроны применяют и как источники эталонного (опорного) напряжения в сложных схемах стабилизаторов и как самостоятельные стабилизаторы напряжения на нагрузках, потребляющих относительно небольшую мощность.

Хотя схемы включения стабилитронов и в том и в другом случае одинаковы, условия их работы разные. Когда стабилитрон используется как источник опорного напряжения, то изменения протекающего через него тока малы по сравнению с его средним значением. Когда стабилитрон является стабилизатором напряжения на нагрузке, изменения его тока могут быть относительно большими.

Для небольших изменений тока рабочий участок характеристики стабилитрона можно заменить отрезком прямой (рис. 9.5, а). Эквива-, лентная схема (линейная схема замещения), соответствующая стабилитрону с линейной вольт-амперной характеристикой (рис. 9.5, б), содержит всего два элемента: эквивалентную э. д. с. и внутреннее сопротивление ri. Эквивалентная э. д. с. определяется отрезком, от-

Рис. 9.5

секаемым прямой на оси напряжений, а внутреннее сопротивление - наклоном спрямленной характеристики.

Линейная схема замещения позволяет рассчитать все показатели стабилизатора, характерные для первого случая применения, с помощью обычных методов расчета линейных цепей.

Однако прежде чем перейти к расчету этих показателей, остановимся подробнее на физической сущности одного из элементов эквивалентной схемы, а именно внутреннего сопротивления стабилитрона.

Внутреннее сопротивление стабилитрона было определено, как наклон спрямленной вольт-амперной характеристики стабилитрона

n = AUjM . (9.2)

- Но на характеристику стабилитрона оказывает влияние изменение температуры. Поэтому, рассчитывая ri стабилитрона, следует учитывать, при какой (постоянной или изменяющейся) температуре перехода снята внешняя характеристика.

Температура перехода определяется двумя факторами: внешней температурой (температурой среды) и мощностью, рассеиваемой в самом стабилитроне.

Изменения внешней температуры оказывают влияние на эквивалентную э. д. с. стабилитрона, и их удобно учитывать с помощью уже введенного температурного коэффициента напряжения у:

£ = £зо+ТД4. (9.3)

где jEgT - эквивалентная э. д. с, получающаяся при измененной температуре; Е^о - эквивалентная э. д. с. при нормальной температуре; А/с - отклонение температуры среды от нормальной.

Изменения мощности, рассеиваемой в стабилитроне, ДР практически прямо пропорциональны изменению тока, протекающего через стабилитрон Д/с1. так как напряжение на стабилитроне меняется мало:

Р„ + ДРС; / о + стоА/ст. - (9.4)

Изменения мощности вызывают изменения температуры р-п-пере-хода, причем

At = с АР, (9.5)

где с - коэффициент, зависящий от условий теплоотдачи в окружающую среду.

Изменение температуры приводит к дополнительному отклонению напряжения стабилитрона на величину

ДС/ = 7Д/ = 7сС/ Д/.е.-гггА/ст. (9-6)

Полученное изменение напряжения пропорциональна отклонению тока стабилитрона. Поэтому коэффициент в равенстве (9.6) удобно трактовать, как некоторое сопротивление. Это сопротивление называют тепловым внутренним сопротивлением стабилитрона. Поскольку оно связано с изменением теплового режима.