28. Стабилитроны и их применение.

Стабилитрон (диод Зенера) — полупроводниковый диод, предназначенный для поддержания напряжения источника питания на заданном уровне. По сравнению с обычными диодами имеет достаточно низкое регламентированное напряжение пробоя (при обратном включении) и может поддерживать это напряжение на постоянном уровне при значительном изменении силы обратного тока. Материалы, используемые для создания p-n перехода стабилитронов, имеют высокую концентрацию легирующих элементов (примесей).

Для стабилизации напряжения в стабилитроне используется тот участок ВАХ диода на котором изменение тока сопровождается небольшими изменениями напряжениями. Чаще всего в стабилитроне используется участок обратимого пробоя на обратной ветви диода, соответственно pn переход в этом случае включается в обратном направлении. Два встречно включенных стабилитрона могут использоваться как ограничители напряжения, которые позволяют защитить входные цепи различных устройств от перегрузок.

В тех случаях, когда требуется получить небольшие опорные напряжения для стабилизации напряжения может быть использован участок прямой ВАХ диода.

К основным характеристическим параметрам стабилитрона относят параметры характеризующие качество стабилизации напряжение в заданном диапазоне токов:

• дифференциальное сопротивление Rd=ΔUст/ΔI (обычно омы);

• температурный коэффициент напряжения выраженный в процентах относительно напряжения стабилизации Uст, он характеризует изменение напряжения стабилизации с температурой ТКН = ΔUст/(ΔTUст)%. Обычно ТКН не превышает сотых долей процента.

В основе работы стабилитрона лежат два механизма:

-Лавинный пробой p-n перехода

-Туннельный пробой p-n перехода

Виды стабилитронов:

прецизионные — обладают повышенной стабильностью напряжения стабилизации, для них вводятся дополнительные нормы на временную нестабильность напряжения и температурный коэффициент напряжения (например: 2С191, КС211, КС520);

двусторонние — обеспечивают стабилизацию и ограничение двухполярных напряжений, для них дополнительно нормируется абсолютное значение асимметрии напряжения стабилизации (например: 2С170А, 2С182А);

быстродействующие — имеют сниженное значение барьерной ёмкости (десятки пФ) и малую длительность переходного процесса (единицы нс), что позволяет стабилизировать и ограничивать кратковременные импульсы напряжения (например: 2С175Е, КС182Е, 2С211Е).

Применение. Стабилитроны общего назначения используются в стабилизаторах и ограничителях постоянного или импульсного напряжения. Также применяются в качестве элементов межкаскадной связи в усилителях, релаксационных генераторах, как выпрямители, управляемые емкости, шумовые генераторы. Прецизионные стабилитроны используются в качестве Е источников эталонного напряжения или опорных элементов в различных схемах, где необходима высокая точность стабилизации уровня напряжения.

29. Емкость p-n перехода при прямом смещении.

p-n-Переход или электронно-дырочный переход — область пространства на стыке двух полупроводников p- и n-типа, в которой происходит переход от одного типа проводимости к другому. p-n-Переход является основой для полупроводниковых диодов, триодов и других электронных элементов с нелинейной вольт-амперной характеристикой.

Энергетическая диаграмма p-n-перехода. a) Состояние равновесия b) При приложенном прямом напряжении c) При приложенном обратном напряжении

Рис. Емкость p-n перехода при прямом смещении

При подаче на p-n-переход переменного напряжения проявляются емкостные свойства.

Образование p-n-перехода связано с возникновением пространственного заряда, создаваемого неподвижными ионами атомов доноров и акцепторов. Приложенное к p-n-переходу внешнее напряжение изменяет величину пространственного заряда в переходе. Следовательно, p-n переход ведет себя как своеобразный плоский конденсатор, обкладками которого служат области n- и p-типа вне перехода, а изолятором является область пространственного заряда, обедненная носителями заряда и имеющая большое сопротивление.

Такая емкость p-n-перехода называется барьерной. Барьерная емкость CБ может быть рассчитана по формуле

где S - площадь p-n-перехода; e ·e0 - относительная (e) и абсолютная (e0) диэлектрические проницаемости; D - ширина p-n-перехода.

Особенностью барьерной емкости является ее зависимость от внешнего приложенного напряжения. С учетом (2.2) барьерная емкость для резкого перехода рассчитывается по формуле:

Кроме барьерной емкости p-n-переход обладает так называемой диффузионной емкостью. Диффузионная емкость связана с процессами накопления и рассасывания неравновесного заряда в базе и характеризует инерционность движения неравновесных зарядов в области базы.

Диффузионная емкость может быть рассчитана следующим образом: