close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

2 вопрос

код для вставкиСкачать
2. Стабилитроны. Принцип работы, схема включения. Зависимость напряжения стабилизации от температуры и концентрации примесей.
Стабилитрон - это полупроводниковый диод, предназначенный для стабилизации напряжения в электронных схемах. Стабилитроны применяются во вторичных источниках питания, ограничителях, источниках опорного напряжения и т.д. Простейшая схема стабилизации напряжения приведена на рисунке 3.3,а.
Рассмотрим работу простейшей схемы стабилизации напряжения (рисунок 3.3,а), когда напряжение на резисторе нагрузки Rн равно Uн=Uст (рис. 3.3,б). Ток через ограничивающий резистор Rогр равен I= (E-Uст)/Rогр, при этом ток через стабилитрон Iст=I-I, а ток нагрузки Iн=Uст/Rн (точка С, рисунок 3.3,б). Предположим, что напряжение на входе схемы изменилось на величину +E. В рабочей точке "С" дифференциальное сопротивление диода rдиф много меньше общего сопротивления схемы, поэтому ток через стабилитрон при увеличении входного напряжения на +E возрастет на величину I"= E/Rогр и примет значение соответствующее точке "С" на рисунке 3.3,б. Возрастание тока через стабилитрон приведет к увеличению общего тока I на величину I", протекающего через резистор Rогр, что приведет к возрастанию падения напряжения на Rогр. В результате напряжение на нагрузке практически не изменяется. Аналогичные процессы будут протекать и при изменении напряжения на -E. В этом случае рабочая точка переместиться в положение "С " и ток уменьшится на I. Для получения хорошей стабилизации дифференциальное сопротивление стабилитрона должно быть как можно меньше по сравнению с Rогр и Rн. Аналогичные процессы будут происходить при изменении значения резистора нагрузки. Это также будет приводить к изменению общего тока в схеме и, следовательно, к изменению падения напряжения на Rогр, что восстановит первоначальное падение напряжения Uст на Rн.
Поскольку напряжение пробоя зависит от температуры, то температурный коэффициент напряжения стабилизации ст=(1/Uст)(dUст/dT) при Iст=const является одним из важных параметров стабилитрона. Температурный коэффициент напряжения стабилизации у стабилитронов с лавинным пробоем является положительным, а с туннельным - отрицательным. На рисунке 3.4 приведена кривая, из которой можно оценить разброс ст для различных типов стабилитронов.
Для кремниевых высоковольтных стабилитронов с лавинным пробоем ст может быть значительно уменьшено при последовательном их соединении с одним или двумя p-n - переходами, смещенными в прямом направлении. Поскольку прямое напряжение уменьшается при повышении температуры, то за счет этого происходит компенсация увеличения напряжения пробоя основного p-n - перехода. Такие стабилитроны с термокомпенсацией называются прецизионными. Они обычно применяются в качестве источников опорного напряжения.
Помимо стабилитронов общего назначения и прецизионных в радиоэлектронных схемах нашли применение импульсные и двуханодные стабилитроны, а также стабисторы.
Импульсные стабилитроны используются как для стабилизации напряжения, так и в качестве ограничителей амплитуды импульсного напряжения или смещения уровня постоянного напряжения на величину Uст. Импульсные стабилитроны являются быстродействующими приборами поскольку их время переключения определяется только перезарядкой барьерной емкости из-за того, что при пробое нет накопления неосновных носителей в базе. Время нарастания тока лавины или туннельного прохождения электронов через потенциальный барьер пренебрежительно мало (<10 пс).
Двуханодные стабилитроны изготавливаются на основе двух встречно включенных p-n - переходов. Внешние выводы осуществляются от областей p - типа, которые являются анодами. При подаче напряжения любой полярности один из стабилитронов смещен в прямом, а другой в обратном направлении. Последний работает в режиме пробоя, а первый, прямосмещенный переход осуществляет термокомпенсацию подобно прецизионному стабилитрону. Двуханодные стабилитроны помимо стабилизации напряжения применяют в схемах двухстороннего ограничения напряжения, в системах защиты цепей от перенапряжения любой полярности.
Стабилитрон, в котором для поддержания постоянства напряжения используют прямую ветвь ВАХ, называют стабистором. Эти приборы имеют значительно меньшее напряжение стабилизации (<1 В) по сравнению с лавинными и туннельными стабилитронами, поскольку работают при прямом смещении. Для увеличения напряжения стабилизации используют последовательное включение нескольких отдельных стабисторов или изготавливают такое соединение внутри корпуса одного прибора. Для уменьшения rдиф и сопротивление базы rБ в стабисторах применяют высоко легированный кремний. Напряжение стабилизации в этом случае порядка 0,7 В, что соответствует участку относительно больших прямых токов для одного p-n - перехода. ст отрицателен и по порядку величины лежит в пределах 0,1...0,4 %/0С. Стабисторы иногда используют вместе с другими типами стабилитронов в качестве термокомпенсаторов.
Стабилитронами называют полупроводниковые диоды, использующие особенность обратной ветви вольтамперной 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-n-перехода, 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-n-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-n-перехода пробой носит лавинный характер.
Вольт-амперная характеристика стабилитрона представлена на рис. 2.18. Рабочий ток стабилитрона (его обратный ток) не должен превышать максимально допустимого значения во избежание перегрева полупроводниковой структуры и выхода его из строя.
Рис. 2.19. Конструкция корпуса (а), вольт-амперная характеристика и условное графическое обозначение стабилитрона
Существенной особенностью стабилитрона является зависимость его напряжения стабилизации от температуры. В сильно легированных полупроводниках вероятность туннельного пробоя с увеличением температуры возрастает. Поэтому напряжение стабилизации у таких стабилитронов при нагревании уменьшается, т. е. они имеют отрицательный температурный коэффициент напряжения стабилизации (ТКН)
.(2.4) В слабо легированных полупроводниках при увеличении температуры уменьшается длина свободного пробега носителей, что приводит к увеличению порогового значения напряжения, при котором начинается лавинный пробой. Такие стабилитроны имеют положительный ТКН. (рис. 2.20).
Рис. 2.20. Температурная зависимость вольт-амперной характеристика стабилитрона
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-n-переходе при нагревании уменьшается. И если последовательно со стабилитроном (рис. 2.20) включить диодов в прямом направлении, где , ( - изменение прямого падения напряжения на диоде при нагревании от до ), то можно почти полностью компенсировать температурную погрешность стабилитрона.
Рис. 2.21. Термокомпенсация стабилитрона
Основные параметры стабилитронов:
1. Напряжение стабилизации - напряжение на стабилитроне при про-текании через него тока стабилизации;
2. Ток стабилизации - значение постоянного тока, протекающего через стабидитрон в режиме стабилизации;
3. Дифференциальное сопротивление стабилитрона - дифференциальное сопротивление при заданном значении тока стабилизации, т. е. ;
4. Температурный коэффициент напряжения стабилизации - 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 - наименьший ток через стабилитрон, при котором напряжение стабилизации находится в заданных пределах;
2. Максимально допустимый ток стабилизации - наибольший ток через стабилитрон, при котором напряжение стабилизации находится в заданных пределах, а температура перехода не выше допустимой;
3. Максимально допустимая рассеиваемая мощность - мощность, 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.
Документ
Категория
Разное
Просмотров
130
Размер файла
127 Кб
Теги
вопрос
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа