Принцип стабилизации напряжения
Принцип стабилизации напряжения с помощью стабилитрона удобно пояснить с помощью схемы простейшего параметрического стабилизатора напряжения (рис.3) и обратной ветви ВАХ стабилитрона, представленной на рис.4.
Стабилитроны, в отличие от других диодов, имеют свое графическое изображение в схемах, показанное на рис.3.
При входном напряжении 
стабилитрон пропускает лишь пренебрежимо малый обратный ток, поэтому ток в цепи определяется суммой сопротивлений 
. Если 
превысит 
наступает режим пробоя p – n перехода и при малых изменениях напряжения на стабилитроне и нагрузке ток через стабилитрон изменяется весьма значительно. Ток через балластное сопротивление 
равен сумме токов стабилитрона 
и нагрузки 
. Так, если входное напряжение повысилось, то это приведет к росту тока стабилитрона и тока через сопротивление 
. Падение напряжения на 
возрастает, а на нагрузке и стабилитроне напряжение изменяется весьма незначительно.
Параметры стабилитрона
Наиболее важными параметрами стабилитрона являются следующие:
1. Напряжение стабилизации 
- значение напряжения на стабилитроне при протекании через него заданного (номинального) тока стабилизации. Напряжение пробоя, т.е. и напряжение стабилизации зависит от толщины p – n перехода или удельного сопротивления базы (см.(2.1)). Чем выше степень легирования базы, тем меньше ее удельное сопротивление, и тем ниже будет напряжение стабилизации.
2. Максимально – допустимая мощность рассеяния 
, стабилитрона при комнатной температуре:
(2.5)
где: 
- максимальный ток стабилитрона, 
- номинальное напряжение стабилизации. По величине 
стабилитроны делятся на три группы:
- стабилитроны малой мощности 
Вт;
- стабилитроны средней мощности 
Вт;
- стабилитроны большой мощности 
Вт;
3. Минимальный 
и максимальный 
токи стабилизации (рис.4).Эти токи ограничивают область вольт – амперной характеристики стабилитрона, в которой он способен выполнять свои функции при обеспечении заданной надежности работы.
Начало рабочего участка ВАХ в точке А (рис.4), которой и соответствует значение тока 
. При меньших значениях тока дифференциальное сопротивление стабилитрона 
еще велико и зависит от величины тока достаточно резко. Кроме того, в стабилитронах с лавинным пробоем при меньших токах процесс ударной ионизации крайне неустойчив, поэтому в выходном сигнале возникают значительные шумы. Они исчезают, когда процесс ударной ионизации становится устойчивым, т.е. при токах, больших, чем 
. У маломощных стабилитронов может быть 1…5 мА.
Точка B на ВАХ стабилитрона ограничивает рабочий ток по величине сверху и соответствует току 
; Этот ток определяется значением максимально допустимой мощности рассеяния 
(см.(2.5)):
(2.6)
Превышение тока над 
приводит к разогреву p – n перехода, к лавинному пробою добавляется тепловой, ток растет еще быстрее и стабилитрон выходит из строя.
Значение для разных типов стабилитронов может лежать в пределах от 10 мА до 2 А.
4. Дифференциальное сопротивление стабилитрона 
, находится как:
(2.7)
и определяет тангенс угла наклона обратной ветви ВАХ к оси тока. В рабочей области ВАХ (участок AB) практически линейна, поэтому дифференциальное сопротивление можно находить как:
(2.8)
Значение 
- изменяется от долей Ома до десятков Ом для различных типов стабилитронов. Если же 
, то дифференциальное сопротивление резко возрастает, поэтому при таких токах стабилитрон перестает выполнять свои функции.
Значение определяет качество стабилитрона. Чем меньше изменения напряжения стабилизации 
при заданном изменении тока стабилитрона 
, тем выше качество стабилитрона.
5. Статическое сопротивление 
или сопротивление стабилитронапостоянному току в рабочей точке определяется:
(2.9)
6. Добротность стабилитрона 
определяют как
(2.10)
Из рис.4 видно, что 
, поэтому 
. Чем больше это отношение, тем лучше стабилизирующее действие прибора. Как правило, 
.
7. Температурный коэффициент напряжения стабилизации (ТКН) указывает влияние температуры окружающей среды на напряжение стабилизации:
; [%/ 
], (2.11)
где: 
- отклонение напряжения стабилизации 
от номинального при изменении температуры на 
.
Из (2.11) следует, что 
определяется отношением относительного изменения напряжения стабилизации ( 
) к абсолютному изменению температуры окружающей среды при постоянном токе стабилизации.
Типичный график зависимости от напряжения стабилизации показан на рис.5. Как видно из графика ТКН изменяется по величине и знаку, что объясняется различными механизмами пробоя, обсужденными в п.2.2.1.
У стабилитронов с пробоем лавинного типа 
. Для компенсации температурного дрейфа напряжения стабилизации используют последовательное включение с основным стабилитроном одного или нескольких диодов в прямом направлении, прямые ветви ВАХ которых имеют отрицательный ТКН. Таким образом суммарный ТКН может быть сведен практически к нулю. Например, в прецизионных стабилитронах Д818 и КС191 используют три последовательно соединенных p – n перехода, размещенных в одном корпусе. Один из них включен в обратном направлении и работает как стабилизирующий, а два других, компенсирующих, - в прямом. У них ТКН очень мал: 