ТОП 10:

Полупроводниковым стабилитроном называется Si диод, работающий в режиме электронного пробоя и предназначенный для стабилизации напряжения.



Стабилитроны изготавливаются по особой технологии из кремния с низким удельным сопротивлением. Структура стабилитрона аналогична диоду (рис.1.1).

Если p-n-переход смещен в прямом направлении, характеристика стабилитрона похожа на прямую ветвь ВАХ диода (рис.1.6).

 

Начиная с напряжения Uст стабилитрон работает в режиме электроческого (лавинного или туннельного) пробоя, в этом случае обратная ветвь характеристики (рис.1.6) почти параллельна оси токов Iобр. Если балластным сопротивлением ограничить величину обратного тока, то такой участок характеристики можно использовать для стабилизации напряжения на нагрузке. Нап­ряжение на рабочем участке характеристики ВА называется напряжением стабилизации. При значительном изменении тока (от минимального до максимального) напряжение стабилизации изменяется незначитель­но.

Изменения напряжения стабилизации определяются динамическим сопротивлением стабилитрона, которые обычно составляют единицы-десятки Ом:

Rд = DUст / DIст , (1.3)

где DUст – приращение напряжения на участке стабилизации; DIст - приращение тока на участке стабилизации.

Кроме низкого динамического сопротивления, кремниевые стабилитроны имеют ещё ряд преимуществ: малые габариты и вес, хорошую повторяемость величины напряжения стабилизации Uст. Важной характеристикой стабилитрона является коэффициент стабили­зации:

∆UВХ ∕ UВХ

kст = —————— , (1.4)

∆UСТ ∕ UСТ

Величины Uвх, DUвх, Uст, DUст определяются из зависимости Uст = f(Uвх) (рис.1.7) на рабочем участке.

Применение Si в качестве исходного материала при изготовлении стабилитронов объясняется малым значением и слабой зависимостью от температуры Iобр. у Si диодов.Поскольку электронный пробой в диоде имеет место при Uобр., последнее является рабочим напряжением для стабилитрона.

На рис. 8а показана ВАХ Si стабилитрона, а на рис. 8б – схема стабилизации напряжения с помощью стабилитрона.

Точка 1 соответствует минимальному значению тока, при котором обеспечивается режим (стабилизации) электронного пробоя. Точка 3 соответствует максимально допустимой мощности, рассеиваемой диодом при обратном включение. Схема стабилизации рассчитывается так, чтобы при номинальном входном напряжении Uвх. через сопротивление нагрузки Rн. протекал требуемый ток, при котором напряжение на нагрузке и стабилитроне было равно напряжению стабилизации Uст, а ток, протекающий через стабилитрон, равен Iст.ср. (точка 2). Процесс стабилизации напряжения на нагрузке протекает следующим образом. Если, например, Uвх. повышается, то RVD понижается, ток через него повышается, а UVD (равное Uст.) на нем и на нагрузке почти не изменится. Излишек напряжения гасится на балластном сопротивлении Rб.

 

Rб. = ( Eср. – Uст.) / (Iср. + Iн)

 

где Eср. = 0,5 (Emin +Emax) – среднее напряжение источника;

Iср. = (Imin +Imax) – средний ток стабилитрона;

Iн = Uст. / Rн – ток нагрузки;

 

Uст. стабилитрона зависит от удельного сопротивления базы (определяемого концентрацией примеси): чем больше удельное сопротивление базы, тем выше напряжение стабилизации. Промышленностью выпускаются стабилитроны с напряжением стабилизации 3,3…180 В.

Работу схемы в данном режиме можно объяснить так. Поскольку RБ постоянно и падение напряжения на нем, равное E – Uст., также постоянно, то и ток в RБ, равный Iср. + Iн ср., должен быть постоянным. Но последнее возможно только в том случае, если ток стабилитрона I и ток Iн изменяются в одинаковой степени, но в противоположные стороны. Например, если Iн повышается, то ток I на столько же понижается, а их сумма остается неизменной.

Для получения более высоких стабильных напряжений применяется последовательное соединение стабилитронов, рассчитанные на одинаковые токи (рис. 10).

Эффективность стабилизации напряжения характеризуется коэффициентом стабилизации kст., который показывает, во сколько раз относительное изменение напряжения на выходе схемы стабилизации меньше, чем относительное изменение напряжения на входе. Для простейшей схемы по рис. 8б можно написать:

kст. =( ∆E / E ) / (∆Uст. / Uст.) = (∆Uвх. / U вх.) / (∆Uвых. / Uвых)

Практически полупроводниковый стабилитрон может обеспечить kст., равный нескольким десяткам. При каскадном соединении общий kст. равен произведению kст. отдельных звеньев (ячеек):

kст. = kст. 1 · kст. 2 · ….

Недостаток рассматриваемых схем стабилизации состоит в том, что потери мощности в самом стабилитроне и на RБ велики, особенно в схеме каскадного соединения.

 

ВАРИКАПЫ.

Варикапом– называется полупроводниковый диод, действие которого основано на использовании зависимости барьерной емкости от Uобр. и который предназначен для применения в качестве электрически управляемой емкости.

Варикапы широко применяются в схемах автоматической подстройки частоты, частотной модуляции, в параметрических усилителях.

На рис.11 показана простейшая схема включения варикапа в колебательный контур. Изменяя с помощью потенциометра R Uобр. на варикапе, можно изменять резонансную частоту контура. Добавочный резистор R1 с большим сопротивлением включен для того, чтобы добротность контура не снижалась заметно от шунтирующего влияния потенциометра R. Конденсатор Ср является разделительным. Без него варикап был бы для постоянного напряжения замкнут накоротко катушкой L.

Варикап имеет Si p-n-переход, полученный сплавным или диффузионным методом, плоскостной.

 

ОБРАЩЕННЫЕ ДИОДЫ.

На практике находят применение обращенные диоды. Примерная ВАХ обращенного VD показана на рис.13. У обращенных диодов обратная ветвь характеристики используется в качестве прямой, а прямая – в качестве обратной. Достоинством обращенных диодов является очень малое «прямое» напряжение. Благодаря этому они обладают более высокой чувствительностью, чем другие диоды при работе в качестве детектора. «Обратное» напряжение у обращенных диодов тоже невелико (0,3…0,5 В).







Последнее изменение этой страницы: 2017-02-19; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.235.22.210 (0.003 с.)