2.2 Стабилитроны

Стабилитроны - это полупроводниковые диоды, работающие в режиме лавинного пробоя. При обратном смещении полупроводникового диода возникает электрический лавинный пробой р - n- перехода. При этом в широком диапазоне изменения тока через диод напряжение на нем меняется очень незначительно. Для ограничения тока через стабилитрон последовательно с ним включают сопротивление. Если в режиме пробоя мощность, расходуемая в нем, не превышает предельно допустимую, то в таком режиме стабилитрон может работать неограниченно долго. На рис, 2.6 а показано схематическое изображение стабилитронов, а на рис. 1 б приведены их вольт-амперные характеристики.

Напряжение стабилизации стабилитронов зависит от температуры. На

рис. 2.6 б штриховой линией показано перемещение вольтамперных характеристик при увеличении температуры. Очевидно, что повышение температуры увеличивает напряжение лавинного пробоя при Uст > 5В и уменьшает его при Uст < 5B. Иначе говоря, стабилитроны с напряжением стабилизации больше 5В имеют положительный температурный коэффициент напряжения (ТКН), а при Uст < 5B — отрицательный. При Uст = 6...5 В TKH близок к нулю.

а)

односторонний двусторонний

Рис. 2.5. Схематическое изображение стабилитронов (а) и их вольтамперные характеристики (б)

2.3 Варикапы

Варикапы — это полупроводниковые диоды, в которых используется барьерная емкость р - n- перехода. Эта емкость зависит от приложенного к диоду обратного напряжения и с увеличением его уменьшается. Добротность барьерной емкости варикапа может быть достаточно высокой, так как она шунтируется достаточно высоким сопротивлением диода при обратном смещении,

Схематическое изображение варикапа приведено на рис. 2.6 а, а его вольт- фарадная характеристика — на рис. 2.6 б. Условное обозначение варикапа содержит пять элементов. Первый элемент обозначает материал, из которого изготовлен варикап (К — кремний). Второй элемент обозначает принадлежность диода к подклассу варикапов (В — варикап). Третий элемент — цифра, определяющая назначение варикапа (1 — для построечных варикапов, 2 — для умножительных варикапов). Четвертый элемент — это порядковый номер разработки. И, наконец, пятый элемент — соответствует разбраковке по параметрам. Так, например, на рис. 2.7 6 приведена характеристика варикапа КВ117А.

Теоретическое значение емкости варикапа можно определить по формуле

, (2.1)

где C₀ — начальная емкость варикапа при Uв=0, Uв — напряжение на варикапе, ψ_к — контактная разность потенциалов.

Основными параметрами варикапа являются: начальная емкость C₀, добротность Qc, коэффициент перекрытия по емкости Кс. Добротность варикапа определяется отношением реактивной мощности варикапа Q к мощности P:

, (2.2)

а) б)

Рис 2.6. Схематическое изображение варикапа (а) и зависимость емкости варикапа от обратного напряжения (б)

Коэффициент перекрытия по емкости определяется как отношение макси­мальной емкости Сmax варикапа к его минимальной, емкости Сmin

, (2.3)

Кроме этого, часто указывают температурный коэффициент емкости варикапа αс=ΔС/ΔТ и предельную частоту ƒпред., при которой добротность варикапа снижается до Q = 1. Добротность варикапа увеличивается с увеличением обратного напряжения и с уменьшением рабочей частоты. Графики зависимости добротнос­ти варикапа КВ117А от частоты и обратного напряжения приведены на рис.2.7.

Эквивалентная схема варикапа приведена на рис..2.9, где Cб — барьерная емкость, Rш — сопротивление перехода и шунтирующих его утечек, обусловленных конструкцией варикапа, Rп — сопротивление материала полупроводника, р-н-области и контакта.

а) б)

Рис 2.7. Графики зависимости варикапа КВ117А от частоты (а) и от обратного напряжения (б)

а) б)

Рис 2.8. Эквивалентная схема замещения варикапа (а) и зависимость добротности от частоты (б)

На рис. 2.8 б приведены зависимости добротности Q от частоты для варикапов, изготовленных из кремния и арсенида галлия. Из графиков видно, что для варикапов из арсенида галлия оптимальная частота составляет — 1 кГц, в то время как для кремниевых варикапов она почти достигает 1 МГц.

Варикапы находят применение в различных электронных схемах: модулято­рах, перестраиваемых резонансных контурах, генераторах с электронной настрой­кой, параметрических усилителях и генераторах и других приборах.