2.6. Стабистор

Минимальное напряжение стабилизации стабилитронов составляет единицы вольт. Однако в ряде случаев необходимо осуществить стабилизацию напряжения величиной меньше одного вольта, или повысить напряжение стабилизации путем последовательно – согласного включения стабилитронов на доли вольт. Эти задачи успешно решаются с помощью стабистора.

Стабистор – полупроводниковый диод, предназначенный для построения стабилизаторов напряжения и тока, работающий в режиме прямого включения и имеющий более крутую ВАХ, чем у выпрямительного диода с величиной падения напряжения меньше одного вольта.

Графическое обозначение стабистора такое же, как у стабилитрона (рис. 2.6,а), но рабочий режим имеет место при прямом включении. От стабилитрона стабистор отличается маркировкой, в которой отображена величина напряжения стабилизации. Так стабистор КС107 имеет следующие параметры:

U_ст. = 0,7 В

I_ст. = 10 мА (при U_ст. = 0,7 В)

I_{ст. min} = 1 мА

I_{ст. max} = 100 мА

2.7. Варикап

Варикапами называются полупроводниковые диоды, у которых используется барьерная ёмкость закрытого (запертого) p–n перехода, зависящая от величины приложенного к диоду обратного напряжения.

Емкость обычного конденсатора и барьерная ёмкость p–n перехода определяется по формуле:

,

где

ε – относительная диэлектрическая проницаемость запирающего слоя p–n перехода;

S – площадь p–n перехода;

d – толщина запирающего слоя p–n перехода.

П ри изменении обратного напряжения в p–n переходе увеличивается толщина запирающего слоя (d), что ведёт к уменьшению барьерной ёмкости. На рис. 2.10,а показано условное графическое обозначение варикапа с полярностью рабочего напряжения. Зависимость барьерной ёмкости от величины приложенного напряжения показана на рис. 2.10,б.

Основными параметрами варикапа являются следующие:

С_в [nФ] – ёмкость варикапа при заданном обратном напряжении U_обр.[B];

U_обр.max.[B] – максимальное обратное напряжение;

I_обр [mкA] – обратный ток при U_обр.max.;

Р_в [Вт] – рассеиваемая мощность при U_обр.max.;

К_с – коэффициент перекрытия по ёмкости, равный отношению максимального значения ёмкости к минимальному при соответствующих значениях напряжений:

;

Q_в – добротность варикапа на заданной частоте:

,

где – сопротивление барьерной ёмкости варикапа,

– омическое сопротивление варикапа при постоянном U_обр.;

В таблице 2 приведены параметры для варикапа типа КВ 122В:

Таблица 2 – Параметры для варикапа типа КВ 122В

Н аиболее широко варикапы применяются для электронной настройки резонансных контуров. Для этого варикап включается в резонансный контур последовательно или параллельно основному конденсатору контура и на него (варикап) подаётся регулируемое обратное напряжение. Это приводит к изменению эквивалентной ёмкости контура, а, значит, к изменению его резонансной частоты. Из-за небольшой величины ёмкости варикапа его можно применять на достаточно высоких частотах – начиная с УКВ диапазона и выше. На рис. 2.11 показаны схемы применения варикапов для настройки контуров.

2.8. Туннельный диод

Туннельным диодом называется полупроводниковый диод, в котором используется туннельный механизм переноса носителей заряда через p–n переход и у которого в ВАХ имеется область отрицательного дифференциального сопротивления.

В 1958 г. японским ученым Лео Есаки было обнаружено, что n–p структуры, имеющие большую концентрацию примесей (в 10² – 10³ раза больше чем в обычном n–p структуре), обладают следующими аномальными свойствами:

1) В отличие от обычных диодов они хорошо проводят ток не только в прямом, но и в обратном направлении.

2) При прямом включении на вольтамперной характеристике имеется участок с отрицательным сопротивлением (падающий участок а–б, рис. 2.12,б).

Аномальные свойства таких диодов вызваны, как было установлено, туннельным эффектом. Поэтому такие диоды получили название туннельных.

Туннельный эффект состоит в следующем: частицы, имеющие энергию, недостаточную для прохождения потенциального барьера, могут все же пройти через него, если с другой стороны барьера имеется такой же свободный энергетический уровень, какой занимала частица перед барьером.

В квантовой механике показано, что вероятность туннельного перехода тем выше, чем уже потенциальный барьер и чем меньше его высота.

Туннельный переход совершается электронами без затраты энергии. В обычных диодах толщина электронно-дырочного перехода велика и вероятность туннельного перехода мала. В туннельных диодах из-за высокой концентрации примесей толщина перехода составляет около 0,01 мкм, т. е. барьер является очень узким. В этих условиях вероятность туннельного перехода оказывается очень высокой, что и приводит к появлению падающего участка в ВАХ туннельного диода.

На рис. 2.12,а показано условное обозначение туннельного диода и полярность его рабочего включения.

Туннельные диоды изготавливают из германия и арсенида галлия. На рис. 2.12,б представлена типовая вольтамперная характеристика туннельного диода, с помощью которой рассмотрим следующие параметры туннельного диода:

I_п – пиковый ток, это ток в точке максимума ВАХ;

U_п – напряжение пика, это прямое напряжение, соответствующее пиковому току;

I_в – ток впадины, это прямой ток в точке минимума ВАХ диода;

U_в – напряжение впадины, это прямое напряжение, соответствующее току впадины;

U_рр – напряжение раствора, это прямое напряжение, большее напряжения впадины, при котором ток равен пиковому (точка “в” рис. 2.12,б).