Стабилитроны  (диоды  Зенера)  –  особая  разновидность  диодов,  предназначенная для формирования стабилизированного напряжения питания.

ВАХ, графема стабилитрона и типовые характеристики представлены на рисунке  2.8.  Обратите  внимание,  что  рабочий  ток  стабилитрона  втекает  в  его катод и вытекает из анода!

Графема стабилитрона и его ВАХ

Вольтамперная характеристика стабилитронов внешне совпадает с аналогичной у выпрямительного диода, однако рабочая область  стабилитрона другая – лежит в отрицательной области напряжений. При протекании обратного  тока в  диапазоне  значений  Iст.мин…Iст.макс  напряжение  на  стабилитроне  меняется  незначительно – от Uст.мин…Uст.макс.

Следует иметь в виду, что, несмотря на похожесть характеристик, обратная ветвь выпрямительных диодов использоваться, как у стабилитрона не может  –  диод выйдет из строя, сгорит. Это связано с существенными технологическими различиями между ними.

Типовая схема использования стабилитрона и её расчёт

Типовая схема  стабилизатора напряжения, которую ещё принято называть  линейным  параметрическим  стабилизатором,  т.к.  его  принцип  действия базируется на особенности ВАХ стабилитрона  (показана на рисунке  2.9). Резистор Rб принято называть балластным.

Примечание   –  Существуют другие виды стабилизаторов – линейные компенсационные.

Схема параметрического стабилизатора и график определения  рабочей точки стабилизатора

Графический  способ  определения  рабочей  точки  стабилитрона  на  его ВАХ  представлен на рисунке  2.9. Аналитический расчёт схемы заключается в выборе сопротивления R:

вх.мин-Uст.макс)/Iвх.мин = R,   (2.4)

Iвх.мин = Iстаб.мин + Iнагр.макс  (2.5)

В  нашем  случае  источником  первичного  питания  являются  химические источники тока (ХИТ; батареи, аккумуляторы). Пока они свежие, их суммарная ЭДС имеет максимальное значение. По мере исчерпания энергии ЭДС уменьшается, поэтому расчёт необходимо вести для наихудшего случая –  когда энергия батарей уменьшается до допустимого минимума.

Примечания: 

  1. Следует иметь в виду, что, если нагрузка будет отключена, то ток, предназначенный для нагрузки, потечёт в стабилитрон, поэтому при выборе стабилитрона следует уточнить: не превысит ли ток стабилитрона в этом состоянии максимально допустимое значение.
  2. Следует также иметь в виду, что, если нагрузка меняется в широком (допустимом) диапазоне, то напряжение на стабилитроне также заметно будет меняться. Для сглаживания пульсаций полезно будет подключить параллельно нагрузке конденсатор.
  3. Значение резистора R должно быть  относительно большим, чтобы  нестабильность входного питания меньше влияло на стабильность выходного напряжения стабилизатора.
  4. КПД параметрического стабилизатора  принципиально  низкий,  поэтому  использовать его в батарейных приборах нежелательно.

Конструктивные варианты стабилитронов

Конструктивное оформление стабилитронов практически не отличается от таковых для полупроводниковых диодов (показано на рисунке 2.10).

Конструктивное оформление стабилитронов. Обзор.