Федеральное агентство связи

ФГОБУ ВПО «СибГУТИ» УрТИСИ

Стабилизатор напряжения

Курсовая работа по дисциплине "Электроника"

Вариант № 9

Руководитель		В.И.Паутов
канд. техн. наук, доцент
Студент группы ИТЕ-13б		Н.В.Сафронов

Екатеринбург 2012

Содержание 1.Введение

2.Теоретическая часть 3.Постановка задачи 4.Расчетная часть 5.Схема электрическая принципиальная

Введение 1.1. Полупроводниковые диоды

1.1.1 Выпрямительные диоды

Полупроводниковым диодом называют двухэлектродный полупроводниковый прибор, содержащий один или несколько электрических переходов (p‑n‑переходов или переходов металл-полупроводник).

Области применения полупроводниковых диодов определяются их вольт-амперными характеристиками и параметрами.

Под вольтамперной характеристикой (ВАХ) полупроводникового диода понимают зависимость тока через диод I от приложенного к нему напряжения U. Для вольт-амперной характеристики идеализированного p-n-перехода справедлива следующая формула (уравнение Шокли):

, (1.1)

где I₀ – обратный ток насыщения;

φ_T – температурный потенциал;

U – напряжение на переходе .

Температурный потенциал ,

где k – постоянная Больцмана;

T – температура по шкале Кельвина;

q – заряд электрона.

Температурный потенциал имеет размерность напряжения и при температуре 20⁰С φ_T  ≈ 26 мВ.

График вольтамперной характеристики, построенный согласно уравнению (1.1), приведен на рис. 1. На характеристике принято выделять прямую ветвь, соответствующую прямому напряжению на p-n-переходе, и обратную ветвь, соответствующую обратному напряжению на p-n-переходе. Прямое напряжение считается положительным, а обратное – отрицательным. При увеличении прямого напряжения ток резко возрастает и при изменении напряжения на 60 мВ ток изменяется на порядок.

При увеличении обратного напряжения обратный ток идеализированного p-n-перехода сначала быстро возрастает до значения I₀, а затем остается неизменным. Уравнение вольтамперной характеристики можно разрешить относительно напряжения:

Продифференцировав это соотношение, найдём дифференциальное сопротивление p‑n‑перехода

. (1.3)

При прямом напряжении дифференциальное сопротивление r_диф уменьшается с ростом тока I. При температуре Т = 300 К и прямом токе I = 1 мА получаем r_диф = 26 Ом, т. е. при прямом напряжении дифференциальное сопротивление p-n-перехода составляет единицы Ом.

При обратном напряжении дифференциальное сопротивление перехода r_{диф. обр} резко увеличивается и при I→−I₀, r_{диф. обр}→ .

В реальных p-n-переходах необходимо учитывать объёмное сопротивление базы r_б, с учётом которого прямое напряжение на реальном диоде больше, чем на идеальном.

С увеличением температуры падение напряжения на p-n-переходе, включенном в прямом направлении, уменьшается рис. 2.

Обратный ток в реальных p-n-переходах обусловлен в основном тепловым током I₀.

Эта составляющая обратного тока сильно зависит от температуры и практически не зависит от приложенного напряжения.

Вольтамперная характеристика перехода Шоттки (перехода металл-полупроводник) описывается тем же уравнением и имеет тот же вид, что и вольтамперная характеристика p-n-перехода. Отличие вольтамперной характеристики перехода Шоттки от характеристики p-n-перехода заключаются в том, что прямое падение напряжения на переходе Шоттки на (0,2 ÷ 0,4) В меньше, чем на p‑n‑переходе с аналогичными параметрами, изготовленном на основе кремния (рис. 3).

В реальных p-n-переходах при увеличении обратного напряжения наблюдается пробой, под которым понимают резкое увеличение обратного тока. Различают три вида пробоя: тепловой, лавинный и туннельный.

Тепловой пробой обусловлен нагреванием p-n-перехода при протекании через него обратного тока. Рост температуры p-n-перехода приводит к росту обратного тока. Если количество теплоты, выделяемой в переходе, превышает количество отводимой теплоты, то этот процесс будет лавинообразно развиваться и закончится разрушением p‑n‑перехода.

Лавинный пробой (рис. 4) возникает в p-n-переходах при невысокой степени легирования. Напряжение лавинного пробоя очень слабо зависит от тока, протекающего через p‑n‑переход. Температурный коэффициент напряжения лавинного пробоя положителен.

Туннельный пробой имеет место в сильно легированных p‑n‑переходах и связан с туннельным эффектом.

Напряжение туннельного пробоя не превышает 5 В и очень слабо зависит от тока, протекающего через p-n-переход.

Лавинный и туннельный пробои обратимы, если не переходят в тепловой.

На вольтамперную характеристику диода существенное влияние оказывает температура окружающей среды. При увеличении температуры обратный ток насыщения увеличивается у кремниевых диодов примерно в 2,5 раза при изменении температуры на каждые 10°С.

Максимально допустимое увеличение обратного тока диода определяет допустимую температуру диода, которая составляет 150 ÷ 200 °С для кремниевых диодов.

Диоды общего применения характеризуются следующими основными параметрами:

– дифференциальное сопротивление диода на прямой ветви ВАХ при заданном токе;

– сопротивление постоянному току в заданной точке ВАХ

(1.5)

– температурный коэффициент напряжения (ТКН) прямой ветви ВАХ

(1.6)

– допустимый прямой ток анода I_адоп;

– обратное допустимое напряжениеU_{обр.доп}.