1.4 Стабилитрон

Повышая концентрацию примесей {глава 1.2}, в кремниевых диодах можно добиться обратимости процесса электрического пробоя. При этом на обратной ветви ВАХ {глава 1.3} образуется участок, на котором большие изменения тока через переход вызывают небольшие изменения напряжения(рис.1-7). Диоды, имеющие такую ВАХ, называются стабилитронами, или опорными диодами, так как они используются для стабилизации напряжения.

Рис 1-7 Вольт амперная характеристика стабилитрона

Основными параметрами стабилитронов являются: Iмин, Iмакс соответственно минимальный и максимальный токи стабилизации, определяющие рабочий участок ВАХ. Обычно значение Iмин лежит в пределах от 3 мА до 100 мА, а Iмакс - от 10 мА до 3 А.

Uстаб.ном - номинальное напряжение стабилизации, обычно от 1 до200 В;

Rдин=dU/dI - динамическое сопротивление, где dI,dU - приращения тока и напряжения на рабочем участке ВАХ, обычно Rдин=10- 100 Ом.

У стабилитрона обратное напряжение остается практически постоянным при условии

I_обрмакс>= I>= I_обр, мин.

Рис.1-8 Схема включения стабилитрона

U_нестаб = U_стаб+I_стаб R_огран

U_стаб= 3,3 В – 150 В

I_{стаб, мин} = 2 – 5 мА

I_{стаб, макс} = 30 – 500 мА

Стабилизирующие свойства характеризуются коэффициентом стабилизации:

K_стаб=(ΔU_нестабU_стаб) / (U_нестабΔU_стаб) К_стаб = 5-10 .

Для повышения коэффициента стабилизации применяется каскадное соединение стабилизирующих ячеек.

Рис.1-9 Каскадное соединение стабилитронов

Недостаток многоячеечного стабилизатора - большие потери напряжения на ограничительных резисторах. Для увеличения стабилизированного напряжения применяется последовательное соединение стабилитронов.

Рис.1-10 Последовательное соединение стабилитронов

Если стабилитроны включить встречно, то при подаче на них переменного напряжения происходит двустороннее ограничение выходного напряжения(рис).

Рис.1-11 Встречное соединение стабилитронов

Параллельное соединение стабилитронов не применяется т.к. в момент включения всегда открывается стабилитрон с наименьшим Uстаб.и остальные стабилитроны остаются закрытыми.

Рис.1-12 Внешний вид стабилитронов

1-маломощный стабилитрон;

2-мощный стабилитрон с креплением на теплоотводе

1.5 Транзисторы

1.5.1 Структура транзистора

Транзистор представляет собой трехслойный полупроводниковый прибор со слоями чередующегося типа проводимости {глава 1.2}. Существуют транзисторы типа pnp и npn.

Рис.1-13 Структура транзистора

Эмиттер – p-полупроводник с большим количеством примесей.

База – n-полупроводник с малым количеством примесей. Слой базы очень тонкий,порядка 1 мкм.

Коллектор – p полупроводник со средним количеством примесей. Переход эмиттер-база называется эмиттерным переходом, переход база-коллектор – коллекторным переходом.

Наиболее часто транзистор включается так ,что эмиттерный переход включен в прямом направлении, а коллекторный - в обратном.

При включении транзистора из эмиттера в базу инжектируется большое количество дырок, которые путем диффузии распространяются в базе, доходят до коллекторного перехода и втягиваются им, образуя большой коллекторный ток. I_к-≈I_э , но I_к- < I_э. Поведение транзистора описывается 2-я уравнениями:

I_э = I_б + I_к и I_к = αI_э +I_к0 , где α – коэффициент передачи тока транзистора, включенного по схеме с общей базой (ОБ). α=0,9 – 0,995.

Рис.1-14 Условные обозначения транзисторов

Рис.1-15 Внешний вид транзисторов различной мощности