Материал: Физические основы электроники

3.Коэффициент перекрытия по емкости KC – отношение макси-

мальной емкости Cmax варикапа к его минимальной емкости Cmin при двух заданных значениях обратного напряжения.

4.Температурный коэффициент емкости α – относительное измене-

ние емкости варикапа, приходящееся на один градус изменения температуры окружающей среды: α C CT .

2.8. Стабилитроны

Стабилитронами называют полупроводниковые диоды, использующие особенность обратной ветви вольт-амперной характеристики на участке пробоя изменяться в широком диапазоне изменения токов при сравнительно небольшом отклонении напряжения. Это свойство широко используется при создании специальных устройств – стабилизаторов напряжения.

Напряжение пробоя стабилитрона зависит от ширины р–п-перехо- да, которая определяется удельным сопротивлением материала полупроводника. Поэтому существует определенная зависимость пробивного напряжения (т. е. напряжения стабилизации) от концентрации примесей.

Низковольтные стабилитроны выполняют на основе сильно легированного кремния. Ширина р–п-перехода в этом случае получается очень маленькой, а напряженность электрического поля потенциального барьера – очень большой, что создает условия для возникновения туннельного пробоя. При большой ширине р–п-перехода пробой носит лавинный характер. При напряжении стабилизации U ст от 3 до 6 В в p–n-переходах

наблюдается практически туннельный пробой. В диапазоне от 6 до 8 В имеют место процессы как туннельного, так и лавинного пробоя, а в пределах 8 200 В – только лавинного.

Конструкции стабилитронов очень незначительно отличаются, а в некоторых случаях практически не отличаются от конструкций выпрямительных диодов (рис. 2.18).

Вольт-амперная характеристика стабилитрона представлена на рис. 2.18, б. Рабочий ток стабилитрона (его обратный ток) не должен превышать максимально допустимое значение Iст max во избежание пе-

регрева полупроводниковой структуры и выхода его из строя. Существенной особенностью стабилитрона является зависимость

его напряжения стабилизации от температуры. В сильно легированных полупроводниках вероятность туннельного пробоя с увеличением тем-

66

пературы возрастает. Поэтому напряжение стабилизации у таких стабилитронов при нагревании уменьшается, т. е. они имеют отрицательный

температурный коэффициент напряжения стабилизации (ТКН)

который показывает, на сколько процентов изменится напряжение стабилизации при изменении температуры прибора на 1 °С.

Рис. 2.18. Стабилитроны:

а– конструкции; б – вольт-амперная характеристика;

в– условное графическое обозначение

Рис. 2.19. Температурная зависимость вольт-амперной характеристики стабилитрона

В слаболегированных полупроводниках при увеличении температуры уменьшается длина свободного пробега носителей, что приводит к увеличению порогового значения напряжения, при котором начинает-

67

ся лавинный пробой. Такие стабилитроны имеют положительный ТКН

(рис. 2.19).

Для устранения этого недостатка и создания термокомпенсированных стабилитронов последовательно в цепь стабилитрона включают обычные диоды в прямом направлении. Как известно, у обычных диодов в прямом направлении падение напряжения на р–п-переходе при нагревании уменьшается. И если последовательно со стабилитроном

(рис. 2.20) включить n диодов в прямом направлении, где n δUU

(δU – изменение прямого падения напряжения на диоде при нагревании от T1 до T2 ), то можно почти полностью компенсировать температур-

ную погрешность стабилитрона.

VD1 VD2 VD3 VD4

Рис. 2.20. Термокомпенсация стабилитрона

Основные параметры стабилитронов:

1.Напряжение стабилизации U ст – напряжение на стабилитроне при протекании через него тока стабилизации.

2.Ток стабилизации Iст – значение постоянного тока, протекающего через стабилитрон в режиме стабилизации.

3.Дифференциальное сопротивление стабилитрона rст – дифферен-

циальное сопротивление при заданном значении тока стабилиза-

ции, т. е. Uст .

Iст

4.Температурный коэффициент напряжения стабилизации ст –

отношение относительного изменения напряжения стабилизации стабилитрона к абсолютному изменению температуры окружающей среды при постоянном значении тока стабилизации:

Предельные параметры стабилитронов:

1.Минимально допустимый ток стабилизации Iст min – наименьший

ток через стабилитрон, при котором напряжение стабилизации U ст находится в заданных пределах.

68

2.Максимально допустимый ток стабилизации Iст max – наибольший

ток через стабилитрон, при котором напряжение стабилизации U ст находится в заданных пределах, а температура перехода не выше допустимой.

3.Максимально допустимая рассеиваемая мощность Pmax – мощ-

ность, при которой не возникает теплового пробоя перехода.

Выводы

1.Полупроводниковый стабилитрон кремниевый диод, работающий при обратном напряжении в режиме электрического пробоя.

2.Необходимое напряжение стабилизации получают выбором соответствующей концентрации примеси в базе диода.

2.9. Стабисторы

Стабистор – это полупроводниковый диод, напряжение на котором в области прямого смещения слабо зависит от тока в заданном его диапазоне и который предназначен для стабилизации напряжения.

Стабилизацию постоянного напряжения можно также получить при использовании диода, включенного в прямом направлении, используя для этой цепи крутой участок прямой ветви вольт-амперной характеристики (рис. 2.21).

Рис. 2.21. Вольт-амперная характеристика стабистора

При изменении прямого тока в диапазоне от Iст min до Iстmax паде-

ние напряжения будет изменяться в относительно небольшом диапазоне U . Кремниевые диоды, предназначенные для этой цели, называ-

69

ют стабисторами. Для изготовления стабисторов используется кремний с большой концентрацией примесей, что необходимо для получения меньшего сопротивления и меньшей температурной зависимости прямой ветви вольт-амперной характеристики.

По сравнению со стабилитронами стабисторы имеют меньшее напряжение стабилизации, определяемое прямым падением напряжения на диоде, которое составляет примерно 0,7 В. Последовательное соеди-

нение двух или трех стабисторов позволяет получить удвоенное или утроенное значение напряжения стабилизации. Некоторые типы стабисторов представляют собой единый прибор с последовательным соединением отдельных элементов.

Основные параметры стабисторов такие же, как у стабилитронов.

2.10. Применение полупроводниковых диодов

При рассмотрении вопросов применения полупроводниковых диодов ограничимся применением стабилитронов и выпрямительных диодов.

Выпрямителями называются устройства, преобразующие электрическую энергию переменного тока в энергию постоянного тока. Структурная схема выпрямителя представлена на рис. 2.22.

Рис. 2.22. Структурная схема выпрямителя

Силовой трансформатор преобразует переменное питающее напряжение (необходимое напряжение, гальваническая развязка).

Вентиль обладает односторонней проводимостью и обеспечивает преобразованиепеременноготокаввыпрямленный(токодногонаправления).

Сглаживающий фильтр преобразует выпрямленный ток в ток, близкий по форме к постоянному току.

Нагрузка активная, активно-индуктивная, активно-емкостная, противоЭДС.

Выпрямительные устройства характеризуются: выходными параметрами, параметрами, характеризующими режим работы вентилей, и параметрами трансформатора. Наиболее распространенный вентиль в маломощных устройствах – полупроводниковый диод. Если в качестве вентилей используются тиристоры и транзисторы, то возможна реализация так называемого управляемого режима выпрямления (на диодах выполняют неуправляемые выпрямители).

70