9.2. Кремниевые стабилитроиы

Явление электрического пробоя, опасное для обычных диодов, находит полезное применение в кремниевых плоскостных диодах, получивших название кремниевых стабилитронов, или опорных диодов.

При изготовлении стабилитронов наиболее широко используются сплавной и диффузионно-сплавной методы получения р — /г-перехо-

дов. Исходным материалом при изготовлении стабили­трона служит пластинка крем­ния п-типа. В нее вплавляется алюминий, являющийся ак­цепторной примесью для кремния. Кристалл с р — га-переходом помещается обыч­но в герметизированный ме­таллический корпус (рис. 9.4).

Нормальным режимом ра­боты стабилитронов является работа при обратном напря­жении, соответствующем об­ратимому электрическому про­бою р — л-перехода (см. па­раграф 7.4).

Рис.

Кон­струкция крем­ниевого стабили­трона:

1, 8 — внешние выводы; 2 — труб­ка; 3 — изолятор; 4 — корпус; 5 — внутренний вы­вод; 6 — кристалл с переходом; ? — кристалл одержа- тель.

				1,мА
и,В				2	1 0,8
-ю -в	с ~	6	(,-2 0 !		2
		и ° ит „
		І . с
I		I 1,мА

Рис. 9.5. Вольт-амперная характеристика кремние­вого стабилитрона.

Рис; 9.6. Схема стабили­затора постоянного напря­жения на кремниевом стабилитроне.

Следует отметить, что эф­фект Зенера и лавинный ме­ханизм электрического про­боя р — п- перехода наблю­даются как у кремниевых, так и у германиевых диодов. Однако выделение тепла, со­провождающее эти процессы, приводит для германия к до­полнительной тепловой генерации носителей заряда, искажающей кар­тину лавинного пробоя. Поэтому в качестве материала для полупро­водниковых' стабилитронов используется кремний, обладающий более высокой температурной стабильностью.

Важнейшей характеристикой стабилитрона является его вольт- амперная характеристика (рис. 9.5). В прямом направлении вольт- амперная характеристика стабилитрона практически не отличается от прямой ветви любого кремниевого диода. Обратная ветвь ее имеет вид прямой вертикальной линии, проходящей почти параллельно оси токов. Поэтому при изменении в широких пределах тока падение на­пряжения на приборе практически не изменяется. Это свойство крем­ниевых диодов и позволяет использовать их в качестве стабилизаторов напряжения.

Так как электрический пробой наступает при сравнительно низ­ком обратном напряжении, мощность, выделяющаяся в р — я-перехо- де даже при значительных обратных токах, будет небольшой, что пре­дохраняет р — п- переход от теплового (необратимого) пробоя. Превышение предельно допустимого обратного тока стабилитрона при­водит, как и в обычных диодах, к выходу прибора из строя.

Основными параметрами кремниевых стабилитронов являются:

Напряжение стабилизации U_CT — падение напряжения на ста­билитроне в области стабилизации при номинальном значении тока.

Минимальный ток стабилизации /_СТтт — такое значение тока через стабилитрон, при котором возникает устойчивый пробой.

Максимальный ток стабилизации /_Сгшах — такое значение тока через стабилитрон, при котором мощность, рассеиваемая на стабили­троне, не превышает допустимого значения.

Динамическое сопротивление R_r — отношение приращения на­пряжения на стабилитроне к приращению тока в режиме стабилизации

ст

Величина характеризует степень стабильности напряжения ста­билизации при изменении тока пробоя.

Максимальная мощность рассеивания Хеттах — наибольшая мощ­ность, выделяющаяся в р — «.-переходе, при которой не возникает тепловой пробой перехода.

Температурный коэффициент напряжения стабилизации (TKU) — отношение относительного изменения напряжения стаби­лизации к абсолютному изменению температуры окружающей среды (выражается в %/° С):

Г^Г Т J Д^СТ

^TKt/ - uzsr- <⁹-²>

Наиболее простая, но достаточно распространенная схема стаби­лизатора постоянного напряжения на кремниевом стабилитроне при­ведена на рис. 9.6. Схема представляет собой, по существу, делитель напряжения, состоящий из резистора и стабилитрона Д. При из­менении питающего напряжения U_m напряжение на стабилитроне и на нагрузке изменяется незначительно, в чем и выражается ста­билизирующее действие схемы.

Одна из возможных схем стабилизатора переменного напряжения на кремниевых стабилитронах приведена на рис. 9.7, а. Напряжение

сети через трансформатор Тр поступает в схему, состоящую из резистора Н₀ и встречно включенных стабилитронов Д1 и Д2. Переменное напря­жение ограничивается на уровне напряжения стабилизации Ц_ст стаби­литронов Д1 и Д2. В результате этого на выходе получается напряже­ние и_вых трапецоидальной формы (рис. 9.7, б). При изменении вели-

Рис. 9.7; Стабилизатор переменного напряжения (а) и форма его выходного напряжения (б).

чины входного напряжения амплитуда выходного напряжения оста­ется постоянной, а действующее значение меняется незначительно (за счет некоторого изменения площади трапеций).

Рис. 9.8. Конструкция точечного диода:

! — выводы; 2 -п- стеклянный баллон; 3— кристалл германия; 4 электрод из вольфрамовой проволоки.

Более сложные схемы стабилизаторов напряжения рассматрива­ются в гл. 18.