Найчастіше джерелом опорного напруги є стабілітрон. Визначальними факторами тут є міркування вартості, надійності та простоти застосування. Таким чином, в більшості схем стабілізаторів Ви можете легко скористатися стабілітроном в якості опорного джерела напруги. Насправді, простий стабілітрон має недоліки в тих випадках, де важливі стабільність, температурний дрейф і повне динамічний опір. Особливо це важливо у високоякісних лінійних стабілізаторах, де джерело опорного напруги часто видозмінюють. В імпульсних стабілізаторах тільки недавно стали звертати увагу на якість стабілізації і температурну стійкість, тому що ці параметри не заслуговували уваги на фоні інших недоліків. При сучасному стані схемотехніки і використовуваних компонент імпульсні схеми часто створюються з розрахунку, що вони є попередніми блоками лінійних стабілізаторів. В таких випадках не завжди можна обійтися дешевшим стабілітроном з резистором.

Кращі результати можна отримати, у тому числі і з лінійним стабілізатором, застосовуючи прецизійні стабілітрони. Фактично, цей «діод» включає в себе два або більше діодів, звичайно один з них діод із зворотним пробоєм (стабілітрон), а решта – нормальні діоди, зміщені в прямому напрямку. Діоди з’єднані послідовно так, щоб компенсувати теплові відходи, завдяки температурним коефіцієнтам, які мають протилежні знаки; стабілітрони з напругою стабілізації більше 5 В мають позитивні температурні коефіцієнти, а переходи при прямому зміщенні мають негативний температурний коефіцієнт приблизно – 2 мВ / ° С. Якщо 5,6-вольта стабілітрон може мати позитивний температурний коефіцієнт 2 мВ / ° С, то у 7,5-вольта він буде вже близько 4 мВ / ° С. У першому випадку достатньо одного прямо зміщеного діода, щоб наблизитися до нульового температурному коефіцієнту, а в другому буде потрібно два зміщених в прямому напрямку діода. Цей метод не настільки простий, як це може спочатку здатися, і для виробника, і для користувача. Зовсім не просто налагодити масове виробництво діодів із заданим температурним коефіцієнтом, щоб при їх з’єднанні отримати бажані напругу і температурний коефіцієнт. Користувач, який намагається реалізувати можливості такого стабілітрона, повинен забезпечити його більш постійним струмом, ніж можна отримати при простому включенні послідовного резистора. Всі це призводить до підвищення вартості, але температурний коефіцієнт може досягати +0,005 відсотка.

Фактично стабілітрони вже давно називаються неправильно. Зворотний пробій в напівпровідниках складається з двох процесів: автоелектронної емісії та лавинного пробою. Автоелектронна емісія (зенеровскій пробою) переважає в діапазоні низьких напруг, в той час як лавинний пробій стає основним при напрузі близько 10 В. В межах цього діапазону напруг діють обидва механізми пробою. Пробій, викликаний автоелектронної емісією, фактично являє собою прояв тунельного ефекту, при якому існує певна ймовірність того, що носії заряду можуть подолати заборонену зону. Такий режим пробою має експоненційну залежність струму від напруги і його вольт-амперна характеристика не дуже крута. Таку характеристику мати небажано, тому що фактично напруга пробою точно не визначено. Повний динамічний опір при такому характері залежності струму від напруги достатньо висока, що знову небажано для джерела опорного напруги. Висока повне динамічне опір передбачає, що невелика зміна струму, що протікає через стабілітрон, призведе до відносно великої зміни напруги на його висновках. Більш низька динамічний опір надає найкраще шунтуючі дію для змінних складових струму. В цьому відношенні, джерело опорної напруги з низьким динамічним опором імітує конденсатор дуже великої місткості, відрізняючись в кращу сторону тим, що повний опір змінному струму залишається дуже низьким для всіх частот.

Явище лавинного пробою настає, коли носії заряду в рп-переході прискорюються електричним полем до високої швидкості. Потім відбувається зіткнення цих носіїв з валентними електронами, які в свою чергу передають кінетичну енергію іншим електронам. Цей процес розвивається кумулятивно і проявляється в дуже різкому збільшенні струму через пристрій (процес нагадує іонізацію в газовому діоді). Деякий час тому на ринку з’явилися діоди, у яких пробою в діапазоні від 4 до 10 В носить переважно лавинний характер. Ці низьковольтні лавинні діоди (LVA) мають дуже круті характеристики пробою. Для їх роботи потрібні струми величиною в мікроампери, а не міліампер, що значно знижує самонагрев. Приголомшливі досягнення пов’язані з технологією виробництва. Поліпшені стабілітрони, між іншим, зазвичай виготовляються за допомогою епітаксійного, а не дифузійного процесу. На жаль, ці прекрасні пробивні діоди не відрізняються по зображенню в схемах від звичайних стабілітронів.

Рис. 14.1. Порівняння звичайного стабілітрона і низьковольтного лавинного діода. Повільний підйом кривої звичайного діода вказує на високий опір; крутий, майже вертикальний підйом характеристики LVA-діода говорить про те, що опір набагато нижче.

Характеристики зворотного пробою для звичайного стабілітрона і LVAдіода з напругою стабілізації 5,1 В порівнюються на рис. 14.1, де ясно видна різниця в перехідній області діодів. £ К4-діод з майже вертикальним підйомом в області провідності є прекрасним джерелом опорного напруги для стабілізаторів, але, крім того, крутий злам його характеристики та малий струм витоку дозволяють поліпшити характеристики зовнішніх пристроїв. Наприклад, для захисту навантаження від підвищеної напруги в разі збою роботи стабілізатора в лінійних та імпульсних джерелах живлення часто використовуються тиристорні блокуючі ланцюга. Застосовуючи LVA-mojx в ланцюзі запуску тиристора, його включення можна зробити більш точним, ніж при використанні стабілітрона. Мало того, що досягається більш надійний захист навантаження, але, крім того, зменшується ймовірність помилкових спрацьовувань від шуму.

Джерело: І.М.Готтліб Джерела живлення. Інвертори, конвертори, лінійні і імпульсні стабілізатори. Москва: Постмаркет, 2002. – 544 с.