Напівпровідникові стабілітрони

Напівпровідникові стабілітрони

Напівпровідниковим стабілітроном (опорні діоди) – це кремнієві площинні напівпровідникові діоди, які виготовлені за спеціальною технологією. При зміщенні їх у прямому напрямку вони мають вольт-амперну характеристику звичайних площинних кремнієвих діодів. При зміщенні стабілітрона в зворотному напрямку при певному значенні напруги виникає електричний пробій n-p переходу. Робочою ділянкою кремнієвих стабілітронів є ділянка електричного пробою. Якщо в режимі пробою струм стабілітрона обмежити за допомогою резистора так, щоб потужність, яка виділяється на стабілітроні, не перевищувала допустиму, то в такому режимі він може знаходитися практично безмежно довго. При цьому в широкому діапазоні зміни струму через діод напруга на ньому змінюється незначно. Значення напруги пробою залежить від концентрації домішок у напівпровіднику. Кремнієві стабілітрони поділяють на низьковольтні та високовольтні.

Значення напруги стабілізації залежить від властивостей напівпровідникового матеріалу і технології його оброблення. Низьковольтні стабілітрони, в яких напруга стабілізації складає U _ст =(3¸4) В, виготовляють на основі кремнію із низьким питомим опором, що досягається високою концентрацією домішок. У цих стабілітронах n-p - перехід має малу товщину і в ньому діє електричне поле з високою напруженістю, а електричний пробій виникає головним чином за рахунок тунельного ефекту. Низьковольтні стабілітрони характеризуються від’ємним знаком температурного коефіцієнта напруги (ТКН).

У стабілітронах, які виконані на основі кремнію з високим питомим опором або з низькою концентрацією домішок, товщина n-p переходу буде більшою, а електричний пробій виникає при більш високих напругах
(U_ст > 7В) і носить лавинний характер. Такі стабілітрони мають переважно додатний знак ТКН.

В стабілітронах з робочими напругами (4¸7) В пробій визначається як тунельним так і лавинним механізмами електричного пробою. Значення ТКН в стабілітронах з U_ст =(5 ¸ 6) В при певних значеннях струмів мінімальне і близьке до нуля.

Основні параметри кремнієвих стабілітронів:

1. Номінальна напруга стабілізації при певному значенні струму стабілізації , знаходиться в межах

2. Струм стабілізації:

§ номінальний - , переважно складає (0,01¸1) А;

§ мінімальний - , знаходиться в межах (0,25¸50) мА;

§ максимальний - , переважно складає (0,02¸1,5) А.

3. Динамічний (диференціальний) опір, який характеризує ступінь стабільності напруги стабілізації при зміні струму стабілізації. У залежності від потужності стабілітрона складає r_д» (0,6 ¸ 3000) Ом

4. Температурний коефіцієнт напруги (ТКН) - це відносна зміна напруги стабілізації до абсолютного приросту температури, знаходиться в межах

5. Максимально допустима потужність, яка розсіюється на стабілітроні, переважно складає (0,3 ¸ 5) Вт.

6. Часова нестабільність напруги стабілізації, в залежності від типу стабілітрона і часового інтервалу, знаходиться в межах ± (5 ¸ 0,001) %.

7. Розкид напруги стабілізації, знаходиться в межах ± (5 ¸ 20) %.

При використанні стабілітронів найбільше звертають значення на r_диф і ТКН. Із зміною температури напруга пробою, а значить і напруга стабілізації змінюються. Значення ТКН залежить від напруги стабілізації (див. рис.3). Низьковольтні стабілітрони мають від’ємний знак ТКН. У високовольтних стабілітронах із збільшенням температури напруга стабілізації зростає, ТКН має додатний знак і дещо зростає при збільшення напруги стабілізації. Зміна знаку ТКН відбувається при напрузі стабілізації біля ~ 5.4 В. Залежність ТКН від струму стабілізації незначна. У різних типів стабілітронів при зростання струму стабілізації ТКН може або зростати або зменшуватися, або при деяких значеннях струму стабілізації має мінімум.

Пряма ділянка вольт-амперної характеристики стабілітрона має такий самий вигляд як і кремнієвого площинного діода (рис.2). Спад напруги при струмах, які перевищують 1 мА, складає біля (0,7-0,8) В. Температурний коефіцієнт прямої напруги має від’ємний знак і значення біля 2 мВ/^оС (при збільшенні прямого струму до десятків міліампер ТКН прямої напруги зменшується до значення 1,4 мВ/^оС.). Ця властивість стабілітронів використовується для компенсації температурних змін напруги стабілізації. При послідовному ввімкненні одного стабілітрона, який працює при зворотній напрузі, і декількох стабілітронів при прямій напрузі, сумарний температурний коефіцієнт може бути зведений практично до нуля. За таким принципом виготовляють стабільні прецизійні стабілітрони, в яких ТКН може досягати значення 0,0005 % / ^оС. Зворотний опір стабілітронів складає декілька мегом. При переході в область пробою цей опір зменшується в десятки тисяч разів. Диференціальний опір стабілітрона незначний і складає від декількох ом до декількох десятків ом. При зменшенні струму стабілізації нижче ніж І_ст.мін. значення диференціального опору стабілітрона зростає, тому застосування стабілітрона при стумах менших ніж І_ст.мін. небажано. Крім цього при малих струмах стабілізації стрімко зростають власні шуми стабілітрона, діюче значення яких може складати (2-8) мВ.

Кремнієві стабілітрони переважно застосовуються для стабілізації постійної напруги в якості еталонного (опорного) джерела напруги, а також для формування імпульсних сигналів різної форми і обмеження значення їх амплітуди.

Рис.1. Умовне позначення стабілітрона на електричній принциповій схемі

Рис.2. Вольт-амперна характеристика кремнієвого стабілітрона

Рис.3. Залежність ТКН кремнієвого стабілітрона від напруги стабілізації

---

Дата добавления: 2015-11-04