Основные характеристики и параметры диодов

Вольт-амперная характеристика

• Максимально допустимое постоянное обратное напряжение

• Максимально допустимое импульсное обратное напряжение

• Максимально допустимый постоянный прямой ток

• Максимально допустимый импульсный прямой ток

• Номинальный постоянный прямой ток

• Прямое постоянное напряжение на диоде при номинальном токе (т. н. «падение напряжения»)

• Постоянный обратный ток, указывается при максимально допустимом обратном напряжении

• Диапазон рабочих частот

• Ёмкость

• Пробивное напряжение (для защитных диодов и стабилитронов)

• Тепловое сопротивление корпуса при различных вариантах монтажа

• Максимально допустимая мощность рассеивания

10. Стабилитроны Принцип действие стабилитрона

Стабилитроны - это полупроводниковые диоды, принцип действия которых основан на использовании эффектов сильного поля в p-n переходе и которые предназначены для стабилизации напряжения.

В случае больших напряженностей электрического поля в области p-n перехода наступает пробой, который сопровождается резким увеличением обратного тока и незначительного увеличения обратного напряжения. Отрезок пробоя на ВАХ, где напряжение слабо зависит от тока, используется для стабилизации напряжения.

ВАХ диода на участке стабилизации.

Принцип стабилизации напряжения объясняется схемой:

Пусть напряжение U_вх и сопротивление баластного резистораR_б выбрано таким образом, что рабочая точка на ВАХ соответствует тока стабилитрона I_ст1. С ростом входного напряжения ΔU_вх рабочая точка смещается в положение I_ст2, тоесть ток стабилитрона увеличивается на ΔI_ст. В тоже время напряжение на стабилитроне возрастает только на ΔU_ст, а разница (ΔU_вх-ΔU_ст) будет выделятся на баластном резистореR_Б. Таким образом, напряжение на выходе системы будет практически постоянным.

В стабилитронах используют два вида пробоя: туннельный и лавинный. Так как ширина перехода мала (порядка 10^-6 м), уже при напряжении U = 10В возникают поля E = 10⁷ В/м, в которых может возникать ударная и электростатическая ионизации.

В современных разработках стабилитронов используют кремний. Этот выбор обусловлен прежде всего малым обратным током диодов и устойчивостью к повышенным температурам. В германиевых диодах с ростом обратного тока наступает тепловой пробой, что вызывает появление падающего участка на ВАХ и вывода диода из строя.

Основные параметры стабилитронов

Напряжение стабилизации U_ст - номинальная величина напряжения на стабилитроне при заданном обратном токе стабилитрона в участке пробоя. Напряжение стабилизации приблизительно равно напряжению пробоя. Напряжение стабилизации зависит от ширины p-n перехода и определяется удельным сопротивлением ρ_Б, то есть степенью легирования базы. В стабилитронах с напряжением больше 5 В происходит туннельный пробой, а с напряжением стабилизации больше 7 В - лавинный пробой. Сейчас разработано стабилитроны на напряжение стабилизации от единиц до сотен вольт.

Дифференциальное (динамическое) сопротивление стабилитрона:

Значение дифференциального сопротивления зависит от напряжения стабилизации. Минимальная величина r_стнаблюдается в диодах с напряжением 5...7 В. Что объясняется тем, что в этом диапазоне действуют оба механизма пробоя. С переходом в участок лавинного пробоя то есть с увеличением U_ст, и в участок туннельного пробоя то есть со спадом U_ст, дифференциальное сопротивление резко возрастает. Чем меньше r_ст, тем выше уровень стабилизации напряжения.

Зависимость дифференциального сопротивления и ТКН от напряжения стабилизации.

Сопротивление на постоянном токе - характеризует потери в диоде в некоторой рабочей точке.

Добротность (коэффициент качества стабилитрона) - отношение статического сопротивления к дифференциальному при заданном токе стабилизации:

Критерий качества в отличии от дифференциального сопротивления характеризует не только наклон ВАХ, а и его отношение к напряжению стабилизации.

Так как максимальным изменениям тока должны отвечать минимальные изменения напряжения, то отношение Q для качественных стабилитронов должно быть как можно большим. Для современных стабилитронов диапазон Qсоставляет 20...100.

Температурный коэффициент напряжения стабилизациипоказывает изменение напряжения стабилизации от температуры. На практике средний ТКН определяют по формуле:

В зависимости от вида пробоя стабилитрона ТКН может быть положительным или отрицательным. Если пробой туннельный, то ТКН отрицательный, а если пробой лавинный, то ТКН - положительный. Для уменьшения ТКН используют последовательное соединение двух или нескольких стабилитронов с ТКН разного знака. Если ТКН положительный, то последовательно со стабилитроном можно соединить p-n переход в прямом направлении. Такой способ компенсации используется в прицензионных стабилитронах, в которых последовательно с основным p-n переходом в прямом направлении включено два компенсирующих перехода. Прицензионные стабилитроны используют как эталонные источники напряжения. Такие стабилитроны имеют ТКН 0.01%°C, тогда как у обычных он составляет 0.05%...0.09%°C.

Для термокомпенсации ТКН высоковольтных стабилитронов можна использовать последовательно соединенные терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления.

Минимальный(I_ст.min) и максимальный(I_ст.max) токи стабилизации. Минимальный ток стабилизации ограничивается шумами стабилитрона. В стабилитронах с лавинным механизмом пробоя, в участке разрыва пробоя (если значения токов 0.1...0.7 мА) наблюдаются спонтанные флуктуации тока и напряжения (шумы). Эти флуктуации вызваны образованием "микроплазм" - микрозон p-n перехода, в которых развивается пробой. В случае малых токов пробой имеет нестойкий характер и эффективное напряжение шумов на стабилитроне достигает нескольких сотен микровольт. С ростом тока пробой переходит в устойчивое состояние и шумы уменьшаются.

Максимальный ток стабилизации ограничивается допустимой мощностью рассеивания стабилитронов. В современных стабилитронах его диапазон - от десятков миллиампер до десятков ампер.

Кроме вышеупомянутых параметров, в справочниках также приводят примой спад напряжения, допустимый прямой ток и эксплуатационные параметры стабилитронов.

Полупроводниковые стабилитроны кроме основного назначения, получили широкое применение для ограничения постоянного и импульсного напряжений, как элементы межкаскадной связи в электронных схемах, управляемые емкости, генераторы шумов и т.д.

Условные графические обозначения обычных (вверху) и двуханодных (внизу) стабилитронов на принципиальных схемах

11. Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают n-p-n и p-n-p транзисторы (n(negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный). В биполярном транзисторе, в отличие от полевого транзистора, используются заряды одновременно двух типов, носителями которых являются электроны и дырки (от слова «би» — «два»). Схематическое устройство транзистора показано на втором рисунке.

Примерный вид структуры и обозначения на схемах биполярных транзисторов представлены на рис.3.1,а

Режимы работы биполярного транзистора[править | править исходный текст]

Нормальный активный режим[править | править исходный текст]

Переход эмиттер-база включен в прямом направлении (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт) U_ЭБ>0; U_КБ<0 (для транзистора p-n-p типа), для транзистора n-p-n типа условие будет иметь вид U_ЭБ<0;U_КБ>0.

Инверсный активный режим[править | править исходный текст]

Эмиттерный переход имеет обратное включение, а коллекторный переход — прямое.

Режим насыщения[править | править исходный текст]

Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты). Если эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключить к внешним источникам в прямом направлении, транзистор будет находиться в режиме насыщения. Диффузионное электрическое поле эмиттерного и коллекторного переходов будет частично ослабляться электрическим полем, создаваемым внешними источниками Uэб и Uкб. В результате уменьшится потенциальный барьер, ограничивавший диффузию основных носителей заряда, и начнется проникновение (инжекция) дырок из эмиттера и коллектора в базу, то есть через эмиттер и коллектор транзистора потекут токи, называемые токами насыщения эмиттера (I_Э.нас) и коллектора (I_К.нас).