t/,B

JO /.r, mA

Рис. 26.3. Вольт-амперная характеристика регулирующего стабилитрона

Рис. 26.4. Конструкция стабилитрона тлеющего разряда

грузки. Стабилитрон в такой схеме вьшолняет функции источника эталонного (опорного) напряжения, работающего при почти фиксированном токе.

Из проведенного рассмотрения следует, что целесообразно иметь две грзшпы стабилитронов: регулирующие с широким диапазоном токов стабилизации для схемы рис. 26.1; опорные с узким диапазоном токов стабилизации и высокой стабильностью напряжения поддержания разряда для схемы рис. 262.

Для регулирующих стабилитронов задаются следующие параметры:

напряжение возшжновения разряда U;

напряжение поддержания разряда U„;

минимальный и максимальный допустимые токи /сх min, 1ст max, допустимое изменение напряжения поддержания разряда в диапазоне рабочих токов Д(7п-

Для опорных стабилитронов вместо параметра ДС/д задаются: нестабильность напряжения поддержания во времени (дрейф) и (до-полхштельно) зависимость напряжения поддержания разряда от температуры окружающей среды - температурный коэффициент напряжения.

Параметры регулирующего стабилитрона можно определить по ВАХ, показанной на рис. 26.3. Типовая конструкция стабилитрона тлеющего разряда изображена на рис. 26.4. Прибор содержит цилиндрический, катод 1, окружающий цилиндрический или проволочный анод 2. Электроды фиксируются друг относительно друга с помощью керамических

изоляторов 3, внутри стеклянного баллона 4 размещается газопоглотитель 5.

В качестве газового наполнения приборов используются чистые инертные газы или их смеси. Наиболее стабильные катодные падения и тем самым напряжения поддержания разряда удается получить с помощью тугоплавких металлов: молибдена, тантала или циркония. Стабильность достигается путем пропускания через прибор на стадии его изготовления больших импульсов тока, вызьшающих интенсивное катодное распыление. Перечисленные материалы катодов являются поглотителями таких активных примесных газов, как кислород и азот, а распыляемые атомы имеют высокую химическую активность во время своей диффузии от катода к стенкам баллона. Распыление катода приводит к избирательному поглощению примесей, но не инертного газа, чем обеспечивается высокая чистота газового наполнения.

Кроме того, металлическая пленка, осаждающаяся на стеклянные стенки баллона, препятствует вьщелению газов из стекла. В регулирующих стабилитронах, где требования к стабильности напряжения поддержания не столько велики, но требуется широкий диапазон допустимых токов, используют катоды с большой поверхностью. В этом случае в качестве материала катода часто применяется никель, который обрабатывается легче, чем тугоплавкие металлы.

Конструирование стабилитрона сводится к выбору материала и площади катода, рода и давления наполняющего газа, обеспечивающих основные параметры стабилитрона, перечисленные выше.

Поскольку напряжение стабилизации задается требованиями к источнику электропитания, то для облегчения вьшолнения формулы (26.4) необходимо получить минимальные ,-„ и разность min - U. Используя (25.45) и (25.46),получаем

Umin - и„ = {V -If) + (1/77;, - 1/77эф)1п(1 + 1/7) =

= С/п + (С/ - и") + (77эф - rjmaxW ттМэф- (26.5)

Для получения минимального напряжения возникновения разряда расстояние между электродами и давление должны быть выбраны таким образом, чтобы приведенная к давлению напряженность электрического поля была равна значению (£УРо)тсхПО табл. 26.3. Тогда очевидное соотношение

ивКЕ/ро)тах = (Роа, к)орг (26.6)

позволяет найти произведение (ро<а, к)opt где d " расстояние анод-катод.

Анализ табл. 25.3 показьшает, что U = U" и наиболее близкие значения 7?,исх> Чэф получаются в пеннинговой смеси Ne + At. Физически малая разность напряжений возникновения и поддержания разряда объясняется тем, что в результате реакции Пеннинга в этой смеси проис-

300 /, мка

Рис. 26.5. Вопьт-амперные характеристики положительной короны для различных газов

Рис. 26.6. Конструкция стабилитрона коронного разряда

ходит быстрое разрушение метастабильных атомов, вследствие чего концентрация атомов Nffj оказывается незначительной. Из-за малого значения Nf„ квадратичные эффекты при протекании тока почти отсутствуют, а возникновение и поддержание разряда требуют почти одинаковых напряжений.

В общем случае понижение разности Umin ~ fn достигается за счет:

использования газовых наполнений, в которых не происходит парных взаимодействий метастабильных атомов;

выбора произведения давления на расстояние между электродами (Роа, к)орг>соответствующего минимуму крршой Пашена,

Для стабилизации более высоких напряжений применяются стабилитроны коронного разряда, которые могут работать в схемах и как опорные, и как регулирующие элементы.

Как отмечалось в § 25.7, ВАХ коронного разряда является возрастающей. В связи с этим она непосредственно не пригодна для использования в стабилитронах. Однако определенный выбор геометрии и газового наполнения позволяет сделать эту характеристику почти горизонтальной.

На рис. 26.5 приведено семейство характеристик положительной короны для аргона (кривые 7 и 5) и водорода (кривые 2 и 4) при отношении радиусов катода и анода 50 : 1 (кривые 7 и 2) и 8:1 (кривые Зи4). Анализ этих кривых показьшает, что уменьшение степени неоднородности электрического поля позволяет приблизить характеристику к горизонтальной. В этом же направлении действует переход от инертного газа Аг к водороду. Практически в стабилитронах испольэуется положительная корона (коронирующий электрод меньшего радиуса - анод) в атмосфере водорода. Высоковольтные стабилитроны коронного разря-