Источники опорного напряжения в ИИП

June 10, 2010 by admin Комментировать »

Чаще всего источником опорного напряжения является стабилитрон. Определяющими факторами здесь являются соображения стоимости, на­дежности и простоты применения. Таким образом, в большинстве схем стабилизаторов Вы можете легко воспользоваться стабилитроном в ка­честве опорного источника напряжения. На самом деле, простой стаби­литрон имеет недостатки в тех случаях, где важны стабильность, темпе­ратурный дрейф и полное динамическое сопротивление. Особенно это важно в высококачественных линейных стабилизаторах, где источник опорного напряжения часто видоизменяют. В импульсных стабилизато­рах только недавно стали обращать внимание на качество стабилизации и температурную устойчивость, потому что эти параметры не заслужи­вали внимания на фоне других недостатков. При современном состоя­нии схемотехники и используемых компонент импульсные схемы часто создаются из расчета, что они являются предварительными блоками ли­нейных стабилизаторов. В таких случаях не всегда можно обойтись де­шевым стабилитроном с резистором.

Лучшие результаты можно получить, в том числе и с линейным ста­билизатором, применяя прецизионные стабилитроны. Фактически, этот «диод» включает в себя два или больше диодов, обычно один из них диод с обратным пробоем (стабилитрон), а остальные – нормальные диоды, смещенные в прямом направлении. Диоды соединены последовательно так, чтобы компенсировать тепловые уходы, благодаря температурным коэффициентам, имеющим противоположные знаки; стабилитроны с на­пряжением стабилизации более 5 В имеют положительные температур­ные коэффициенты, а переходы при прямом смещении имеют отрица­тельный температурный коэффициент примерно – 2 мВ/ X. Если 5,6-вольтовый стабилитрон может иметь положительный температурный коэффициент 2 мВ/ "С, то у 7,5-вольтового он будет уже около 4 мВ/ "С. В первом случае достаточно одного прямо смещенного диода, чтобы приблизиться к нулевому температурному коэффициенту, а во втором потребуется два смещенных в прямом направлении диода. Этот метод не столь прост, как это может первоначально показаться, и для изготовите­ля, и для пользователя. Совсем не просто наладить массовое производ­ство диодов с заданным температурным коэффициентом, чтобы при их соединении получить желаемые напряжение и температурный коэффи­циент. Пользователь, пытающийся реализовать возможности такого ста­билитрона, должен обеспечить его более постоянным током, чем мож­но получить при простом включении последовательного резистора. Все это приводит к повышению стоимости, но температурный коэффициент может достигать +0,005 процента.

Фактически стабилитроны уже давно называются неправильно. Об­ратный пробой в полупроводниках состоит из двух процессов: автоэлект­ронной эмиссии и лавинного пробоя. Автоэлектронная эмиссия (зене-ровский пробой) преобладает в диапазоне низких напряжений, в то время как лавинный пробой становится основным при напряжении око­ло 10 В. В пределах этого диапазона напряжений действуют оба механиз­ма пробоя. Пробой, вызванный автоэлектронной эмиссией, фактически представляет собой проявление туннельного эффекта, при котором существует некоторая вероятность того, что носители заряда могут пре­одолеть запрещенную зону. Такой режим пробоя имеет экспоненциаль­ную зависимость тока от напряжения и его вольт-амперная характерис­тика не очень крутая. Такую характеристику иметь нежелательно, потому что фактически напряжение пробоя точно не определено. Пол­ное динамическое сопротивление при таком характере зависимости тока от напряжения достаточно высокое, что снова нежелательно для источ­ника опорного напряжения. Высокое полное динамическое сопротивле­ние подразумевает, что небольшое изменение тока, протекающего через стабилитрон, приведет к относительно большому изменению напряже­ния на его выводах. Более низкое динамическое сопротивление оказыва­ет лучшее шунтирующее действие для переменных составляющих тока. В этом отношении, источник опорного напряжения с низким динами­ческим сопротивлением имитирует конденсатор очень большой емкос­ти, отличаясь в лучшую сторону тем, что полное сопротивление пере­менному току остается очень низким для всех частот.

Явление лавинного пробоя наступает, когда носители заряда в рп-пе-реходе ускоряются электрическим полем до высокой скорости. Затем происходит соударение этих носителей с валентными электронами, ко­торые в свою очередь передают кинетическую энергию другим электро­нам. Этот процесс развивается кумулятивно и проявляется в очень рез­ком увеличении тока через устройство (процесс напоминает ионизацию в газовом диоде). Некоторое время назад на рынке появились диоды, у которых пробой в диапазоне от 4 до 10 В носит преимущественно ла­винный характер. Эти низковольтные лавинные диоды {LVA) имеют очень крутые характеристики пробоя. Для их работы требуются токи ве­личиной в микроамперы, а не миллиамперы, что значительно снижает самонагрев. Потрясающие достижения связаны с технологией производ­ства. Улучшенные стабилитроны, между прочим, обычно изготовляются с помощью эпитаксиального, а не диффузионного процесса. К сожале­нию, эти прекрасные пробивные диоды не отличаются по начертанию в схемах от обыкновенных стабилитронов.

Характеристики обратного пробоя для обычного стабилитрона и L VA-диода с напряжением стабилизации 5,1 В сравниваются на рис. 14.1, где ясно видна разница в переходной области диодов. L К4-диод с почти вер­тикальным подъемом в области проводимости является прекрасным ис­точником опорного напряжения для стабилизаторов, но, кроме того, кру­той излом его характеристики и малый ток утечки позволяют улучшить характеристики внешних устройств. Например, для защиты нагрузки от повышенного напряжения в случае сбоя работы стабилизатора в линей­ных и импульсных источниках питания часто используются тиристорные блокирующие цепи. Применяя LVA-диод в цепи запуска тиристора, его включение можно сделать более точным, чем при использовании стаби­литрона. Мало того, что достигается более надежная защита нагрузки, но, кроме того, уменьшается вероятность ложных срабатываний от шума.

clip_image002

Рис. 14.1. Сравнение обычного стабилитрона и низковольтного лавин­ного диода. Медленный подъем кривой обычного диода указывает на высокое сопротивление; крутой, почти вертикальный подъем харак­теристики LVA-тола говорит о том, что сопротивление намного ниже.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты