Лабораторные работы / 9283_10_лаб_стабилитроны и стабисторы

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)

Кафедра МНЭ

отчЁт

по лабораторной работе №10

по дисциплине «Твердотельная электроника»

Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТАБИЛИТРОНОВ И СТАБИСТОРА

Студентка гр. 9283		Зикратова А. А.
Преподаватель		Хадутин В. С.

Санкт-Петербург

2022

Цель работы.

исследование ВАХ и основных параметров полупроводниковых стабилитронов и стабистора.

Основные теоретические положения.

Полупроводниковый стабилитрон – это полупроводниковый диод, напряжение на котором в области электрического пробоя при обратном смещении слабо зависит от тока в заданном его диапазоне и который предназначен для стабилизации напряжения. Полупроводниковый стабистор – это полупроводниковый диод, напряжение на котором в области прямого смещения слабо зависит от тока в заданном его диапазоне. Стабистор, как и стабилитрон, предназначен для стабилизации напряжения.

В зависимости от физических явлений, приводящих к электрическому пробою, различают лавинный и туннельный пробои. Лавинный пробой обусловлен лавинным размножением носителей заряда под действием электрического поля. Он наблюдается в широких p-n-переходах. В этом случае носители заряда, проходя через переход, ускоряются в сильном электрическом поле на длине свободного пробега и приобретают энергию, достаточную для ударной ионизации атомов полупроводника. Вновь возникающие электронно-дырочные пары тоже ускоряются полем, поэтому ударная ионизация сопровождается размножением носителей заряда, что приводит к увеличению тока. Туннельный пробой связан с туннельным эффектом. Туннелирование возможно, если толщина потенциального барьера довольно мала. Такие условия возникают в узких p-n-переходах при определенной напряженности электрического поля, когда имеет место большой наклон энергетических зон. В этом случае электроны переходят из валентной зоны в зону проводимости без изменения энергии – туннелируют сквозь узкий потенциальный барьер благодаря своим квантово-механическим свойствам.

Основными параметрами стабилитронов являются U_ст - напряжение стабилизации; I_ст - ток стабилизации;

I_{ст min} - минимальный ток стабилизации (при меньшем токе увеличивается дифференциальное сопротивление); I_{ст max} - максимальный ток стабилизации - наибольший ток, определяемый из максимально допустимой мощности;

- дифференциальное сопротивление при заданном токе стабилизации; - температурный коэффициент стабилизации.

Обработка результатов эксперимента.

Рис. 1 – Для стабилитрона №3

2. Рассчитать температурные коэффициенты напряжения стабилизации для каждого из стабилитронов

Пример расчёта для стабилитрона №7:

α_ст ≈ = = ≈ 7,7 ∙ 10^-5 K^-1

r_ст ≈ = = 925 Ом

α_ст ≈ ; α_ст = → U_ст =

Для 7-го стабилитрона: U_ст = = ≈ 7,11 В

Рис. 2 – Зависимость температурного коэффициента от напряжения стабилизации

Рис. 3 – Зависимость дифференциального сопротивления стабилитрона от напряжения стабилизации

Рис. 4 – Зависимость выходного напряжения параметрического стабилизатора напряжения от входного напряжения

Вывод: в ходе лабораторной работы были исследованы параметры стабилитронов. Коэффициент α_ст имеет положительные значения для высоковольтных и отрицательные для низковольтных стабилитронов, что связано с различной температурной зависимостью пробивного напряжения при лавинном и туннельном пробое р-n-перехода (высоковольтные стабилитроны (характерен лавинный пробой), пробивное напряжение U_ст увеличивается – 1, 7, 8; низковольтные (характерен туннельный пробой), пробивное напряжение U_ст уменьшается – 2, 3, 4, 6). С повышением температуры уменьшается длина свободного пробега носителей заряда, а значит, уменьшается и энергия, которую носитель заряда может приобрести на длине свободного пробега в электрическом поле. Следовательно, повышение температуры приводит к увеличению пробивного напряжения при лавинном пробое. С повышением температуры ширина запрещенной зоны большинства полупроводников убывает, а значит, при этом уменьшается и толщина барьера при той же напряженности поля, что приводит к увеличению вероятности туннелирования сквозь потенциальный барьер, поэтому пробивное напряжение при туннельном пробое уменьшается с увеличением температуры.

По значению дифференциального сопротивления стабилитрона r_ст = можно судить о способности стабилизировать напряжение: чем меньше изменение напряжения стабилитрона при изменении тока, тем меньше r_ст, а стабилитрон качественнее. По рис. 4 для стабилизатора напряжения U_ст ≈ 9 В.