1.4 Стабилитрон

Повышая концентрацию примесей {глава 1.2}, в кремниевых диодах можно добиться обратимости процесса электрического пробоя. При этом на обратной ветви ВАХ {глава 1.3} образуется участок, на котором большие изменения тока через переход вызывают небольшие изменения напряжения(рис.1-7). Диоды, имеющие такую ВАХ, называются стабилитронами, или опорными диодами, так как они используются для стабилизации напряжения.

Рис 1-7 Вольт амперная характеристика стабилитрона

Основными параметрами стабилитронов являются: Iмин, Iмакс соответственно минимальный и максимальный токи стабилизации, определяющие рабочий участок ВАХ. Обычно значение Iмин лежит в пределах от 3 мА до 100 мА, а Iмакс - от 10 мА до 3 А.

Uстаб.ном - номинальное напряжение стабилизации, обычно от 1 до200 В;

Rдин=dU/dI - динамическое сопротивление, где dI,dU - приращения тока и напряжения на рабочем участке ВАХ, обычно Rдин=10- 100 Ом.

У стабилитрона обратное напряжение остается практически постоянным при условии

Iобрмакс>= I>= Iобр, мин.

Рис.1-8 Схема включения стабилитрона

Uнестаб = Uстаб+Iстаб Rогран

Uстаб= 3,3 В – 150 В

Iстаб, мин = 2 – 5 мА

Iстаб, макс = 30 – 500 мА

Стабилизирующие свойства характеризуются коэффициентом стабилизации:

Kстаб=(?UнестабUстаб) / (Uнестаб?Uстаб) Кстаб = 5-10 .

Для повышения коэффициента стабилизации применяется каскадное соединение стабилизирующих ячеек.

Рис.1-9 Каскадное соединение стабилитронов

Недостаток многоячеечного стабилизатора - большие потери напряжения на ограничительных резисторах. Для увеличения стабилизированного напряжения применяется последовательное соединение стабилитронов.

Рис.1-10 Последовательное соединение стабилитронов

Если стабилитроны включить встречно,то при подаче на них переменного напряжения происходит двустороннее ограничение выходного напряжения(рис).

Рис.1-11 Встречное соединение стабилитронов

Параллельное соединение стабилитронов не применяется т.к. в момент включения всегда открывается стабилитрон с наименьшим Uстаб.и остальные стабилитроны остаются закрытыми.

Рис.1-12 Внешний вид стабилитронов

1-маломощный стабилитрон;

2-мощный стабилитрон с креплением на теплоотводе

1.5 Транзисторы

1.5.1 Структура транзистора

Транзистор представляет собой трехслойный полупроводниковый прибор со слоями чередующегося типа проводимости {глава 1.2}. Существуют транзисторы типа pnp и npn.

Рис.1-13 Структура транзистора

Эмиттер – p-полупроводник с большим количеством примесей.

База – n-полупроводник с малым количеством примесей. Слой базы очень тонкий,порядка 1 мкм.

Коллектор – p полупроводник со средним количеством примесей. Переход эмиттер-база называется эмиттерным переходом, переход база-коллектор – коллекторным переходом.

Наиболее часто транзистор включается так ,что эмиттерный переход включен в прямом направлении, а коллекторный - в обратном.

При включении транзистора из эмиттера в базу инжектируется большое количество дырок, которые путем диффузии распространяются в базе, доходят до коллекторного перехода и втягиваются им, образуя большой коллекторный ток. Iк-?Iэ , но Iк- < Iэ. Поведение транзистора описывается 2-я уравнениями:

Iэ = Iб + Iк и Iк = ?Iэ +Iк0 , где ? – коэффициент передачи тока транзистора, включенного по схеме с общей базой (ОБ). ?=0,9 – 0,995.

Рис.1-14 Условные обозначения транзисторов

Рис.1-15 Внешний вид транзисторов различной мощности

1.5.2 Схемы включения транзистора

1. Схема с общей базой (ОБ)

Рис.1-16 Схема ОБ

Транзистор можно использовать для усиления сигнала. Если Uкб >>Uэб и Rк >> Rэ, тогда при почти одинаковых токах в цепи эмиттера и коллектора на Rк будет значительно большее падение напряжения чем на Rэ, то есть происходит усиление напряжения, а значит и мощности сигнала.

2. Схема с общим эмиттером (ОЭ):

Рис.1-17 Схема ОЭ

Транзистор включенный по схеме ОЭ усиливает как напряжение так и ток. Iэ = Iк + Iб и Iк = ?Iб+(?+1)Iкб0, где ? – коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером. ?=?/(1-?), зависит от толщины базы и находится в пределах ?=10 – 200.

3.Схема с общим коллектором (ОК)

Рис.1-18 Схема ОК

В этой схеме Uвых < Uвх , но Uвых ? Uвх то есть усиление по напряжению не происходит, но усиливается ток приблизительно в ? раз. Поэтому схема называется эмиттерный повторитель (повторяет напряжение).

1.5.3 Характеристики транзистора (схема ОБ)

Рис.1-19 1,2 Входная и выходная характеристики

1. Входные характеристики: Iэ =f(Uэб) при Uкб =const.

2. Выходные характеристики: Iк=f(Uкб) при Iэ =сonst.

3 Проходные характеристики: Iк=f(Iэ) при Uкб =const.

Рис 1-19 Проходная характеристика

При Uк = 0 входная характеристика является прямой ветвью BАX эмиттерного р-n - перехода. С ростом Uкб ВАХ смещается влево, так как рост обратного тока коллектора дополнительно открывает р-n переход и Iэ ? 0 при Uэб = 0. Для Iэ= 0 выходная характеристика является обратной ветвью коллекторного перехода. Если же Iэ> 0 , то Iк> 0 даже при Uкб = 0 за счет захвата инжектированных эмиттером носителей заряда полем потенциального барьера коллекторного перехода. При этом с ростом Uэб Iэ быстро достигает максимального значения, так как уже при малых Uкб основная часть инжектированных носителей захватывается коллектором.