Кремниевый стабилитрон

Стабилитронами называют полупроводниковые диоды, у которых в области пробоя (на обратной ветви) напряжение на диоде почти не изменяется при изменении тока пробоя в широких пределах. Это обусловлено тем, что имеет место только электрический пробой. Тепловой пробой на рабочем участке характеристики исключен. Стабилитроны выполняются из кремния сплавным (реже диффузионным) методом. Вольт-амперная характеристика и условное обозначение стабилитрона приведены на рис.2. Прямая ветвь - обычная. Рабочей является обратная ветвь в области пробоя. В пределах I_ст.min – I_ст.max напряжение пробоя является напряжением стабилизации U_стаб. Стабилитроны используются для стабилизации постоянного напряжения и для ограничения напряжения (постоянного и переменного), а также в качестве источников эталонного напряжения и др.

Рис.2

Параметры стабилитронов определяются на рабочем участке характеристики. Основными параметрами являются:

U_cт - номинальное напряжение стабилизации;

I_ст - номинальный ток стабилизации;

I_ст.min – минимальный ток стабилизации (при токах, меньших I_ст.min, резко ухудшаются свойства стабилитрона);

I_ст.min - максимальный ток стабилизации, при котором гарантируется заданная надежность при длительной работе (I_ст.min определяется допустимой мощностью рассеяния P_расс.max );

R_д - дифференциальное сопротивление на рабочем участке, определяемое отношением приращения напряжения стабилизации U_ст к вызвавшему его приращению тока стабилитрона I_ст (при заданном токе стабилитрона):

, (4.9)

ТКС - температурный коэффициент напряжения стабилизации, определяемый относительным (процентным) изменением напряжения стабилизации к изменении температуры окружающей среды:

Если напряжение не превышает 5,7 В, ТКС отрицателен. При этом преобладает туннельный механизм пробоя. При больших напряжениях (U_ст > 5,7 В) доминирует лавинный механизм и ТКС становится положительным /2,3/.

Параметры стабилитронов

Тип Приборов	Uст, В	Iст, мА	R, Ом	ТКН,	Iст.min , Iст.max , мА	Pрасс.max, мВт
КС147А Д808 КС980А	4,1-5,2 7,0-8,5 153-207	10 5 25	56 6 330	-0,08 +0,07 +0,2	3-58 1-33 2,5-28	300 280 5000

Туннельный диод

Основой туннельного диода также является р-n переход, однако среди других ТД занимает особое место. Его действие в рабочем диапазона основано на туннельном механизме протекания тока, а не на диффузионном, как у других диодов. В туннельном диоде р-п переход образован между двумя вырожденными областями р- и п-типа (т.е. с очень высокой концентрацией доноров и акцепторов – 10¹⁹ см^-3 и больше). Уровень Ферми вырожденных полупроводников находится внутри разрешенной зоны. Потенциальный барьер такого перехода близок к максимальному, а ширина р-п перехода мала - 0,01-0,02 мкм. Внутреннее электрическое поле перехода достигает критической величины E_кр>10⁵ В/см, при которой резко возрастает вероятность туннельного эффекта. При этом электроны могут переходить из одной области в другую, не преодолевая потенциального барьера, а просачиваясь сквозь него (туннелировать) благодаря волновым свойствам электрона. В вольт-амперной характеристике туннельного диода (рис.3) имеется область, обусловленная туннельным механизмом протекания тока - вся обратная ветвь и прямая ветвь до точки 2. В этой области при малых смещениях (прямом и обратном) токи резко возрастают. Затем на прямой ветви достигается максимальное (пиковое) значение I_n, после которого прямой ток падает (из-за уменьшения напряженности E и уменьшения туннельного потока носителей).

Рис. 3

В точке 2 (называемой впадиной) туннельный эффект практически исчезает и преобладающим становится диффузионный механизм протекания тока, вольт-амперная характеристика после точки 2 совпадает с прямой ветвью ВАХ обычного диода. Рабочей является часть прямой ветви в пределах 0U₃. Участок характеристики U_п - U_в с отрицательным сопротивлением - важнейшая особенность туннельного диода. Туннельные диоды обладают высоким быстродействием (могут работать в СВЧ диапазоне), могут использоваться в широком диапазоне температур (германиевые – до +200 °С, арсенидгаллиевые - до +400 °С). В устройствах автоматики туннельные диоды применяются как быстродействующие переключающие элементы.