1.3 Опорные диоды (стабилитроны и стабисторы)

Стабилитрон – это прибор, предназначенный для стабилизации напряжения на присоединенной параллельно ему нагрузке в случае изменения ее сопротивления или величины напряжения питания. При работе стабилитрона используется участок пробоя на обратной ветви ВАХ, где значительному изменению тока соответствует очень малое изменение напряжения. Напряжение стабилизации зависит от толщины р-n-перехода, а толщина – от величины удельного сопротивления материала. При использовании низкоомных материалов получают стабилитроны для стабилизации малых напряжений. При напряжениях ниже 6,3 В в p-n-переходах наблюдается туннельный вид пробоя. При U_стаб>6,3 В наблюдается лавинный пробой.

Вольтамперная характеристика стабилитрона представлена на рис. 1.3.

Основные параметры стабилитронов:

• напряжение стабилизации U_CT;

• минимальный ток стабилизации I_СТ min – его величина определяется увеличением дифференциального сопротивления диода;

• максимальный ток стабилизации I_{СТ max} – его величина ограничена кривой допустимой мощности и возможностью теплового пробоя;

• температурный коэффициент напряжения стабилизации (зависимость показана на рис. 1.4):

ТКН = %, [1/град];

• дифференциальное сопротивление в рабочей точке R_∂= ∆U / ∆I;

• статическое сопротивление в рабочей точке R₀ = U₀ / I₀;

• коэффициент качества Q= R_∂ / R₀.

Стабисторы – это полупроводниковые диоды, предназначенные для стабилизации небольших напряжений (0,7; 1,4 В). Принцип стабилизации основан на характере прямой ветви кремниевого р-n-перехода. Для получения малого сопротивления базы диода и меньшего прямого дифференциального сопротивления используют кремний с повышенной концентрацией примесей. Стабисторы могут выполняться и на основе других полупроводниковых материалов. В качестве стабисторов можно использовать кремниевые диоды Д219С, Д220С и селеновые выпрямители 7ГЕ1А-С, 7ГЕ2А-С. Для получения более высокого напряжения стабилизации (1,4 В) используют последовательное соединение стабисторов.

Вольтамперная характеристика стабистора представлена на рис. 1.5.

1.4 Варикапы

Варикапы – это специально сконструированные диоды, емкость которых изменяется в широких пределах при изменении обратного напряжения. Варикапы в основном используются на высоких и сверхвысоких частотах. Также они могут использоваться для автоматической подстройки частоты, в малошумящих параметрических усилителях, в схемах умножения частоты (варакторы).

Основная характеристика варикапов – вольт-фарадная (рис. 1.6), которая отображает зависимость барьерной емкости от обратного напряжения: с увеличением приложенного напряжения емкость уменьшается.

Сq = Сq(0) / (1+Uобр/₀ )ⁿ,

где ₀ - высота потенциального барьера.

n = 1/2 – для резкого p-n-перехода;

n = 1/3 – для плавного p-n-перехода;

n = 1 – для специального p-n-перехода.

Основные параметры варикапов:

• Сном при Uном

• максимальная и минимальная емкости;

• диапазон перекрытия емкости ∆С= Сmax – Cmin;

• к оэффициент перекрытия диапазона изменения емкости К = Сmax / Cmin;

• добротность .

Зависимость добротности варикапа от частоты представлена на рис. 1.7

Рис. 1.7

Чтобы увеличить добротность варикапа, необходимо уменьшить сопротивление базы и увеличить дифференциальное сопротивление самого диода.

У меньшить дифференциальное сопротивление диода можно двумя путями:

1) уменьшая толщину базы, но при этом уменьшается коэффициент перекрытия К;

2) уменьшая удельное сопротивление базы, но при этом уменьшается сопротивление пробоя.

П

Рис. 1.8

оэтому конструкцию варикапа делают по типу «сэндвич» (рис. 1.8): n-слой базы, толщиной 10 мкм, обеспечивает нужное напряжение пробоя. Из-за малой толщины этот слой имеет маленькое сопротивление. n⁺-слой базы имеет маленькое удельное сопротивление, поэтому при большой протяженности имеет малое сопротивление. Этот слой обеспечивает нужный коэффициент перекрытия.