Стабилитроны

Стабилитроном называется полупроводниковый диод, напряжение на котором в области электрического пробоя при обратном включении слабо зависит от тока в заданном диапазоне и который предназначен для стабилизации напряжения.

Стабилитроны работают в режиме электрического пробоя. Под действием сильного поля в области р-n - перехода обратный ток резко возрастает при малых изменениях приложенного напряжения. Эту особенность ВАХ кремниевого диода в области пробоя (рис. 9) используют для стабилизации напряжения, а также фиксации уровней напряжений в схемах, отсюда другое название кремниевых стабилитронов – опорные диоды.

Напряжение пробоя, являющееся напряжением стабилизации, может изменяться в широких пределах – от 3,5 до 400 В и выше в зависимости от удельного сопротивления кремния. На рис. 9 приведена рабочая часть ВАХ стабилитрона с указанием минимального и максимального тока стабилизации.

Основные параметры стабилитронов; напряжение стабилизации U_ст, динамическое сопротивление r_дин= dU_ст/dI_ст, при номинальном токе стабилизации, температурный коэффициент напряжения стабилизации _ст = (dU_ст/dТ) при номинальном токе стабилизации I_ст = const.

Конструкция стабилитронов аналогична конструкции выпрямительных диодов, выбор типа корпуса связан с мощностью рассеяния.

Разновидностью кремниевых стабилитронов являются стабисторы. В этих диодах для стабилизации низких напряжений (до 1 В) используется прямая ветвь ВАХ р-n - перехода. Для изготовления стабисторов используется сильнолегированный кремний, что позволяет получать меньшие значения сопротивления базы диода. Температурный коэффициент стабилизации стабисторов отрицательный и примерно равен –2 мВ/К.

Туннельные диоды

В отличие от всех остальных полупроводниковых диодов для изготовления туннельных диодов используют вырожденные полупроводники с высокой концентрацией примесей N=10¹⁸÷10²⁰ см⁻³. Вследствие чего толщина p-n-перехода оказывается малой порядка 10⁻²мкм. Сквозь такие тонкие потенциальные барьеры возможно туннелирование носителей заряда.

В диоде без внешнего смещения происходит туннелирование электронов из n-области в p-область и обратно. Встречные потоки электронов равны, поэтому суммарный ток через диод равен нулю.

При небольшом прямом напряжении на туннельном диоде энергия электронов в n-области увеличивается, и уровни энергии смещаются вверх. При этом происходит преимущественное туннелирование электронов из n-области в p- область, кроме того, возникает небольшой диффузионный ток электронов через понизившийся потенциальный барьер.

При прямом напряжении на диоде U_пика, когда занятые электронами уровни энергии в n-области окажутся на одной высоте со свободными энергетическими уровнями в p-область туннельный ток I_пика станет максимальным.

При дальнейшем увеличении прямого напряжения туннельный ток будет уменьшаться, ток как из-за смещения уровней энергии уменьшится количество электронов способных туннелировать из n-области в p- область.

Туннельный ток через диод окажется равным нулю при напряжении U_{впадины} (точка д), когда для свободных электронов в n-области в p- области не окажется свободных энергетических уровней. Однако при этом через диод будет проходить прямой ток I_{впадины}, связанный с диффузией электронов через понизившийся потенциальный барьер.

Далее при увеличении прямого напряжения прямой ток будет нарастать, как в обычных выпрямительных диодах.

При обратном напряжении на туннельном диоде снова возникают условия для туннелирования электронов из p-области в n-область. Возникающий при этом обратный ток будет расти по абсолютному значению с ростом по абсолютному значению обратного напряжения. Можно считать, что у туннельного диода происходит туннельный пробой при малых (по абсолютной величине) обратных напряжениях.

Таким образом, в интервале напряжений от U_пика до U_{впадины}, туннельный диод обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением. Как и всякий прибор с отрицательным дифференциальным сопротивлением туннельный диод может быть использован для генерации и усиления электромагнитных сигналов.