Полупроводниковые стабилитроны

Полупроводниковые стабилитроны, называемые иногда опорными диодами, предназначены для стабилизации напряжений; их работа основана на использовании явления электрического пробоя р-n-перехода при включении диода в обратном направлении.

Механизм пробоя может быть туннельным, лавинным или смешанным. У низковольтных стабилитронов (с низким сопротивлением базы) более вероятен туннельный пробой. У стабилитронов с высокоомной базой (сравнительно высокоомных) пробой носит лавинный характер. Материалы, используемые для создания р-n-переходов стабилитронов, имеют высокую концентрацию примесей. При этом напряжение р-n-перехода значительно выше, чем у обычных диодов. При относительно небольших обратных напряжениях в р-n-переходе возникает сильное электрическое поле, вызывающее электрический пробой р-n-перехода. В режиме пробоя нагрев диода не носит лавинообразного характера. Поэтому электрический пробой не переходит в тепловой.

В качестве примера на рис. 1.15,а приведены вольт-амперные характеристики стабилитрона Д814Г при различных температурах. На рис. 1.15, б показано условное обозначение стабилитронов в принципиальных схемах.

Основные параметры стабилитронов:

напряжение стабилизации - падение напряжения на стабилитроне при протекании заданного тока стабилизации;

максимальный ток стабилизации ;

минимальный ток. стабилизации ;

дифференциальное сопротивление , которое определяется при заданном значении тока на участке пробоя как ;

температурный коэффициент напряжения стабилизации — относительное изменение напряжения стабилизации при изменении температуры окружающей среды на :

.

Дифференциальное сопротивление при увеличении тока стабилизации уменьшается на 10-20%. Это объясняется тем, что при увеличении приложенного напряжения увеличивается площадь участков, на которых произошел пробой. Дифференциальное сопротивление стабилитрона близко к значению собственного сопротивления базы при токе, близком к номинальному.

Пробойный режим не связан с инжекцией неосновных носителей. Поэтому в стабилитроне инерционные явления, связанные с накоплением и рассасыванием носителей, при переходе из области пробоя в область запирания и обратно практически отсутствуют. Это позволяет использовать их в импульсных схемах в качестве фиксаторов уровней и ограничителей. Включение полупроводниковых стабилитронов в схему стабилизации выходного напряжения показано на рис. 1.15,в. При увеличении напряжения питания увеличивается ток в цепи, а падение напряжения на стабилитроне и на нагрузке остается неизменным. При увеличении тока через стабилитрон возрастает падение напряжения на резисторе R. Другими словами, почти все приращение напряжения питания падает на резисторе R, а выходное напряжение остается неизменным за счет своеобразной характеристики обратной ветви стабилитрона.

Варикапы

Варикап - это полупроводниковый прибор, предназначенный для использования в качестве управляемой электрическим напряжением емкости.

Варикап работает при обратном напряжении, приложенном к р-n-переходу. Его емкость меняется в широких пределах, а ее значение определяется из выражения

,

где С (0) — емкость при нулевом напряжении на диоде; Uк - значение контактного потенциала; U - приложенное обратное напряжение; n=2 для резких переходов и n=3 для плавных переходов.

Эквивалентная схема варикапа и его условное обозначение приведены на рис. 1.16, а,б. Наличие индуктивности Lв в эквивалентной схеме объясняется в основном конструктивными особенностями варикапа.

Основные параметры варикапов:

общая емкость - емкость, измеренная между выводами варикапа при заданном обратном напряжении;

коэффициент перекрытия по емкости - отношение емкостей варикапа при двух заданных значениях обратных напряжений: ;

сопротивление потерь - суммарное активное сопротивление кристалла, контактных соединений и выводов варикапа;

добротность - отношение реактивного сопротивления варикапа на заданной частоте переменного сигнала ( ) к сопротивлению потерь при заданном значении емкости или обратного напряжения: ;

температурный коэффициент емкости - отношение относительного изменения емкости к вызывавшему его абсолютному изменению температуры окружающей среды: .

Обозначения полупроводниковых диодов регламентируются ГОСТ 10862-72 и состоят из шести элементов. Первый элемент - буква, указывающая, на основе какого полупроводникового материала выполнен диод. Германий или его соединения обозначают буквой Г, кремний и его соединения – К, соединения галлия - А. В приборах специального назначения буквы заменяются соответствующими цифрами; германий - 1, кремний - 2, соединения галлия - 3. Второй элемент - буква, обозначающая подклассы диода; выпрямительные, импульсные, универсальные - Д; варикапы - В; туннельные и обращенные диоды - И; стабилитроны - С. Третий элемент - цифра, определяющая назначение диода (у стабилитронов эта цифра определяет мощность рассеяния) . Четвертый и пятый элементы - цифры, определяющие порядковый номер разработки (у стабилитронов эти цифры показывают номинальное напряжение стабилизации). Шестой элемент - буква, показывающая деление технологического типа на параметрические группы (приборы одного типа по значениям параметров подразделяются на группы). У стабилитронов буквы от А до Я определяют последовательность разработки. Например: КД215А, ГД412А, 2Д504А, КВ101А, КС168А и т. д.