рис 1.44Стабилитрон. Это полупроводниковый диод, сконструированный для работы в режиме электрического пробоя. Условное графическое обозначение стабилитрона представлено на рис. 1.44, а.

В указанном режиме при значительном изменении тока стабилитрона напряжение изменяется незначительно. Говорят, что стабилитрон стабилизирует напряжение. Изобразим для примера вольт-амперные характеристики кремниевого стабилитрона Д814Д (рис. 1.45).

рис 1.45

В стабилитронах может иметь место и туннельный, и лавинный, и смешанный пробой в зависимости от удельного сопротивления базы. В стабилитронах с низкоомной базой (низковольтных, до 5,7 В) имеет место туннельный пробой, а в стабилитронах с высокоомной базой (высоко­вольтных) — лавинный пробой.

Основными являются следующие параметры стабилитрона:

uстнапряжение стабилизации (при заданном токе в режиме пробоя);

iст.мин — минимально допустимый ток стабилизации;

iст.макс — максимально допустимый ток стабилизации;

rт — дифференциальное сопротивление стабилитрона (на участке пробоя), rт = du / di;

αuст (ТКН) — температурный коэффициент напряжения стабилизации.

Величины uст, iст.мин и iст.макс принято указывать как положительные.

Не рекомендуется использовать стабилитрон при обратном токе, меньшем по модулю, чем iст.мин, так как стабилизация напряжения при этом будет неудовлетворительной (дифференциальное сопротивление будет чрезмерно большим). Если же обратный ток по модулю превысит iст.макс, то стабилитрон может перегреться, начнется тепловой пробой и прибор выйдет из строя. Чем меньше величина rт, тем лучше стабилизация напряжения.

По определению αuст — это отношение относительного изменения напряжения стабилизации к абсолютному изменению температуры окружающей среды при постоянном токе стабилизации.

Пусть при температуре t1 напряжение стабилизации было равно uст1. Тогда при температуре t2 напряжение стабилизации uст2 можно в соответствии с определением αuст вычислить по формуле

uст2 = uст1 + uст1 · αuст · ( t2 -  t1)

У стабилитронов с туннельным пробоем коэффициент аист отрицателен: αuст < 0. У стабилитронов с лавинным пробоем коэффициент αuст положителен: αuст > 0.

Иногда стабилитрон с лавинным пробоем включают последовательно с диодом, работающим в прямом направлении. У диода соответствующий температурный коэффициент отрицательный, и он компенсирует положительный коэффициент стабилитрона.

Для стабилитрона Д814Д (при t = 25 ° С):

iст.мин = 3 мА, iст.макс = 24 мА, rт — не более 18 Ом,

αuст — не более 0,00095 1/ ° С.

Для примера применения стабилитрона обратимся к схеме так называемого параметрического стабилизатора напряжения (рис. 1.46).

рис 1.46

Легко заметить, что если напряжение uвх настолько велико, что стабилитрон находится в режиме пробоя, то изменения этого напряжения практически не вызывают изменения напряжения ивых (при изменении напряжения uвх изменяется только ток i, а также напряжение uR: uR = i · R).

В режиме пробоя отсутствует инжекция неосновных носителей, и поэтому нет накопления избыточных зарядов. Вследствие этого стабилитрон является быстродействующим прибором и хорошо работает в импульсных схемах.

Стабистор.

Это полупроводниковый диод, напряжение на котором при прямом включении (около 0,7 В) мало зависит от тока (прямая ветвь на соответствующем участке почти вертикальная). Стабистор предназначен для стабилизации малых напряжений.

Диод Шоттки.

В диоде Шоттки используется не p-n-переход, а выпрямляющий контакт металл-полупроводник. Условное графическое обозначение диода Шоттки представлено на рис. 1.44, б.

Обратимся к соответствующей зонной диаграмме (рис. 1.47), которую полезно сравнить с зонной диаграммой для невыпрямляющего контакта.

рис 1.47

Для выпрямляющего контакта металл-полупроводник n-типа характерно то, что контактная разность потенциалов φмп = φм - φп положительна: φмп > 0.

Энергетические уровни, соответствующие зоне проводимости, в полупроводнике заполнены больше, чем в металле. Поэтому после соединения металла и полупроводника часть электронов перейдет из полупроводника в металл. Это приведет к уменьшению концентрации электронов в полупроводнике n-типа. Возникнет область полупроводника, обедненная свободными носителями электричества и обладающая повышенным удельным сопротивлением. В области перехода появятся объемные заряды и образуется потенциальный барьер, препятствующий дальнейшему переходу электронов из полупроводника в металл.

Если подключить источник внешнего напряжения плюсом к металлу, а минусом к полупроводнику n-типа, то потенциальный барьер понизится и через переход начнет протекать прямой ток. При противоположном подключении потенциальный барьер увеличивается и ток оказывается очень малым.

При работе диода Шоттки отсутствуют инжекция неосновных носителей и соответствующие явления накопления и рассасывания, поэтому диоды Шоттки — очень быстродействующие приборы, они могут работать на частотах до десятков гигагерц ( 1 ГГц = 1 · 109 Гц). У диода Шоттки может быть малый обратный ток и малое прямое напряжение (при малых прямых токах) — около 0,5 В, что меньше, чем у кремниевых приборов. Максимально допустимый прямой ток может составлять десятки и сотни ампер, а максимально допустимое напряжение — сотни вольт.

Для примера изобразим прямые ветви вольт-амперных характеристик (рис. 1.48) кремниевого диода КД923А с барьером Шоттки (диода Шоттки), предназначенного для работы в импульсных устройствах.

рис 1.48

Для него iпр.макс = 100 мА, uобр.макс = 14В (при t < 35°C), время жизни носителей заряда — не более 0,1 не, постоянный обратный ток при uобр =10 В и t = 25°С — не более 5 мкА.

Варикап.

Это полупроводниковый диод, предназначенный для работы в качестве конденсатора, емкость которого управляется напряжением. Условное графическое обозначение варикапа представлено на рис. 1.44, в.

На варикап подают обратное напряжение. Барьерная емкость варикапа уменьшается при увеличении (по модулю) обратного напряжения. Характер изменения емкости у варикапа такой же, как и у обычного диода.

Туннельный диод.

Это полупроводниковый диод, в котором используется явление туннельного пробоя при включении в прямом направлении. Характерной особенностью туннельного диода является наличие на прямой ветви вольт-амперной характеристики участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Условное графическое обозначение туннельного диода представлено на рис. 1.44, г.

Для примера изобразим (рис. 1.49) прямую ветвь вольт-амперной характеристики германиевого туннельного усилительного диода 1И104А ( iпр.макс = 1мА — постоянный прямой ток, uобр.макс = 20 мВ), предназначенного для усиления в диапазоне волн 2... 10 см (это соответствует частоте более 1 ГГц).

рис 1.49

Общая емкость диода в точке минимума характеристики составляет 0,8...1,9 пФ. Полезно отметить, что проверка диода тестером не допускается. Туннельные диоды могут работать на очень высоких частотах — более 1 ГГц.

Наличие участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением на вольт-амперной характеристике обеспечивает возможность использования туннельных диодов в качестве усилительного элемента и в качестве основного элемента генераторов.

В настоящее время туннельные диоды используются именно в этом качестве в области сверхвысоких частот.

Обращенный диод.

Это полупроводниковый диод, физические явления в котором подобны физическим явлениям в туннельном диоде, поэтому зачастую обращенный диод рассматривают как вариант туннельного диода. При этом участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением на вольт-амперной характеристике обращенного диода отсутствует или очень слабо выражен.

Обратная ветвь вольт-амперной характеристики обращенного диода (отличающаяся очень малым падением напряжения) используется в качестве прямой ветви «обычного» диода, а прямая ветвь — в качестве обратной ветви. Отсюда и название — обращенный диод.

Условное графическое обозначение обращенного диода представлено на рис. 1.44, д.

Изобразим для примера вольт-амперные характеристики германиевого обращенного диода 1И104А (рис. 1.50), предназначенного, кроме прочего, для работы в импульсных устройствах (постоянный прямой ток iпр.макс — не более 0,3 мА, постоянный обратный ток iобр.макс  — не более 4 мА (при t < 35°С), общая емкость в точке минимума вольт-амперной характеристики 1,2 ... 1,5 пФ).

рис 1.50


Рекомендуйте эту статью другим!



Категории электроснабжения 2
авг 14, 2014 14906

Категории электроснабжения, надежность электропитания, классификация

Всех возможных потребителей электроэнергии можно подразделить, в соответствии с…
Тепловое реле - определение назначение принцип работы 2
дек 09, 2013 7986

Тепловое реле - определение, назначение, принцип работы

Основное предназначение тепловых реле - защита электрических потребителей от возможных…
Принцип работы и устройство магнетрона 2
мая 04, 2014 15580

Принцип работы и устройство магнетрона

Магнетроны применяются для получения колебаний высокой частоты. Они незаменимы в…
рис. 2.39
нояб 07, 2016 419

Усилители мощности (мощные выходные усилители)

Усилителем мощности называют усилитель, предназначенный для обеспечения заданной мощности…
дек 18, 2012 23156

Прокладка кабелей в траншеях, способы прокладки, достоинства и недостатки

Прокладка кабелей в траншеях является наиболее простой и дешевой. Она экономична по…