- •Тема 7 Поверхностные явления
- •§ 7.1 Эффект поля. Структура металл – диэлектрик – полупроводник (мдп-структура)
- •§ 7.2 Эффект поля в собственном полупроводнике
- •§ 7.3 Эффект поля в примесном полупроводнике
- •Тема 8 Полупроводниковые диоды § 8.1 Классификация, разновидности
- •§ 8.2. Стабилитроны
- •§ 8.3 Туннельные диоды
- •§ 8.4 Маркировка диодов
- •Тема 9 Биполярный транзистор
- •§ 9.1 Назначение, устройство транзистора
- •§ 9.2 Параметры, схемы включения и вах биполярного транзистора
- •§ 10.1 Тиристоры
- •Тема11 Полевые транзисторы, управляемые
- •§ 11.1 Назначение, устройство и принцип работы
- •Тема 12 Полевой транзистор с изолированным затвором (мдп – транзистор)
- •§ 12.1 Назначение, устройство и принцип работы
- •Тема 13 Приемники и источники излучения § 13.1 Фоторезисторы
- •§ 13.2 Фотодиоды
- •§ 13.3 Фотоэлементы
- •§ 13.4 P-I-n фотодиоды и лавинные фотодиоды
- •§ 13.5 Фототранзисторы и фототиристоры
- •§ 13.6 Светодиоды
- •Тема 14 Термоэлектрические приборы § 14.1 Полупроводниковые терморезисторы
- •§ 14.2 Измерение температуры с помощью полупроводниковых диодов
- •§ 14.3 Применение
- •Тема 15 Интегральные схемы § 15.1 Интегральные микросхемы
- •§ 15.2 Пленочные и гибридные интегральные микросхемы
- •Тема 16 Полупроводниковые интегральные схемы § 16.1 Элементы полупроводниковых интегральных схем
§ 8.2. Стабилитроны
Если ограничить ток при туннельном и лавинном пробое, не допуская перехода в тепловой, то его состояние может поддерживаться долго и воспроизводиться бесконечное число раз. Приборы, работающие в области туннельного и лавинного пробоя, называются стабилитронами, а напряжение пробоя – напряжением стабилизации, поскольку стабилитроны используются главным образом для стабилизации напряжения. Напряжение стабилизации зависит от полупроводникового материала и технологии его обработки. Изготавливают стабилитроны в основном из кремния. У стабилитронов с малым напряжением стабилизации (3–4 В) возникает туннельный пробой. У стабилитронов с напряжением стабилизации более 7 В (более высокоомный полупроводник) возникает лавинный пробой. У стабилитронов с напряжением стабилизации 4–7 В имеет место одновременно туннельный и лавинный механизмы пробоя.
Основными параметрами стабилитронов являются: напряжение стабилизации Uст , минимальный и максимальный токи стабилизации Imin ,
I
max
dU
dU
cm
UdТ
напряжения стабилизации ТКН
cm
, температурный коэффициент
cm
dI
•100 %при Iст= const.
59
Минимальный ток стабилизации ограничивается неустойчивостью состояния пробоя при малых токах, максимальный - мощностью, которую может рассеять переход.
У стабилитронов с лавинным механизмом пробоя при малых токах наблюдаются значительные шумы, которые объясняются тем, что состояние пробоя неустойчиво. Он то исчезает, то возникает вновь. При туннельном механизме пробоя шумы отсутствуют.
Динамическое сопротивление характеризует наклон ВАХ в режиме пробоя оси абсцисс. Типичные значения Яд =1-50 Ом.
Очень важным параметром является ТКН стабилитрона, характеризующий температурную стабильность напряжения пробоя.
Знак температурного коэффициента напряжения стабилизации зависит от типа пробоя. При туннельном пробое знак ТКН отрицателен (с увеличением температуры напряжение пробоя уменьшается), при лавинном -положителен (рисунок 8.3).
I
Объясняется это следующим образом. При возрастании
U
7В 3В
Imin
300! 200
-300
температуры несколько уменьшается ширина запрещенной зоны и поэтому облегчается туннельный переход валентных электронов в зону проводимости. Напряжение
туннельного пробоя уменьшается.
Imax
Рисунок 8.3 – ВАХ стабилитрона
При лавинном пробое с увеличением температуры уменьшается длина свободного пробега носителей заряда. Чтобы они могли на меньшей длине приобрести энергию,
достаточную для ионизации,
на
необходимо увеличить напряжение. Поэтому напряжение пробоя при этом механизме возрастает с увеличением температуры.
Так как с увеличением температуры прямое падение напряжения диоде уменьшается, то, соединив
^г^
г
ш,
АС/,
д
cm
Рисунок 8.4 – Схема термокомпенсацию напряжения стабилизации
последовательно диод в прямом направлении и стабилитрон с лавинным механизмом пробоя, возможно осуществить термокомпенсацию напряжения стабилизации (рисунок 8.4).
Такие стабилитроны имеют малый ТКН
1)
К
и
-5.10
(10
называются
термокомпенсированными. Однако хорошая термокомпенсация возможна при определенном токе. Прямой ветвью ВАХ таких стабилитронов является ВАХ закрытого диода.
60
Основная область применения стабилитронов - параметрические стабилизаторы напряжения. Схема такого стабилизатора изображена на рисунок 8.5.
На нагрузке R ннапряжение равно напряжению на стабилитроне. Так
как в режиме пробоя напряжение на стабилитроне почти постоянно и равно напряжению стабилизации, то таким оно будет и на нагрузке. Входное
напряжение U1 должно быть обязательно больше, чем Uст. Разность между U1
и U2 =Ucm гасится на балластном резисторе R б
При изменении входного напряжения изменяются падение напряжения на балластном резисторе, ток через этот резистор и, следовательно, ток Rб
а
Iст
U2
Rн
U1
через стабилитрон. Напряжение на нагрузке остается практически неизмененным.
Рисунок 8.5 – Схема параметрического стабилизатора напряжения
Недостатком параметрического стабилизатора является малый кпд из-за потерь мощности на балластном резисторе. Поэтому он применяется только в маломощных источниках
стабильного напряжения.