Схеми включення стабілітронів

Найпростіша схема включення стабілітрона в режимі стабілізації напруги представлена ​​на рис. 18. У цьому режимі напруга на стабілітроні

залишається практично постійним, тому і напруга на навантаженні постійно UН = Uст - const. При цьому рівняння для всього ланцюга має вигляд: E = Uст + Rст (Iст - IН).

Найбільш часто стабілітрон працює в режимі, коли напруга Е не стабільно, а RН - const. Для підтримки режиму стабілізації слід правильно вибрати Rст. Зазвичай Rст розраховують для середньої точки А характеристики стабілітрона (рис. 19). Якщо припустити, що Emin £ E £ Emax. то

Якщо напруга Е змінюється в якусь сторону, то буде, і зміняться ток стабилитрона, але напруга на ньому UCT. а, отже, і на навантаженні залишається практично незмінним.

Всі зміни напруги поглинаються RCT. тому має виконається умова:

Другий режим стабілізації: вхідна напруга постійно, а RН змінюється в межах від RНmin до RНmax. в цьому випадку: . ; .

Так як RCT постійно, то падіння напруги на ньому рівне Е-UCT також постійно, то і струм через RCT ICP + IНCP повинен бути постійним. Це можливо, коли струм стабілізації ICP і IН змінюються в однаковій мірі, але в протилежні сторони (тобто сума постійна).

З наведених виразів випливає, що для стабілізації в більш широкому діапазоні змін вхідної напруги Е, RCT потрібно збільшувати, а для стабілізації в режимі зміни струму навантаження, RCT необхідно зменшувати (зменшувати RCT - не вигідно, витрачається зайва енергія джерела).

Якщо необхідно отримати стабільну напругу більш низьке, ніж дає стабілітрон, можливе включення додаткового опору послідовно з навантаженням (рис. 20). Значення Rдоб розраховують за законом Ома. Однак, в цьому випадку опір навантаження RCT має бути постійним.

Для отримання більш високих стабільних напруг застосовується послідовне включення стабілітронів, з однаковими струмами стабілізації (рис. 21).

Для компенсації температурного дрейфу UCT послідовно зі стабілітроном можливе включення термозалежні опору RT. має ТКRТ зворотний по закону ТКUCT.

Для стабілітронів з ТКUCT> 0 в якості RT можна використовувати p-n-перехід додаткового діода, включеного в прямому напрямку.

Для стабілізації з термокомпенсацією випускаються спеціальні двох-анодні стабілітрони, які включаються в ланцюг довільно, причому один діод включений у зворотному напрямку - забезпечує режим стабілізації, а інший в прямому - режим термокомпенсации (рис. 22).

ВАХ Стабистор мало відрізняється від ВАХ випрямних діодів.

Однак для того щоб забезпечити найбільшу крутизну прямої гілки ВАХ, стабістори виготовляються з високолегованих напівпровідників. Це забезпечує мале rб і мале значення Rдіф. Слабка залежність Uпр від Іпр на

робочому ділянці (рис. 23) дозволяє використовувати стабістори для стабілізації малих напруг порядку 0,7 В. Послідовним включенням стабисторов можна підібрати необхідну напругу стабілізації.

Тунельні діоди - це напівпровідникові прилади, ВАХ яких має ділянку з негативним диференціальним опором (рис. 24).

Тунельні діоди виготовляються з напівпровідників з високою концентрацією домішок. Внаслідок цього товщина замикаючого шару p-n-переходу дуже мала (0,01¸0,02мкм), що створює умови для тунельного ефекту.

Наявність високої концентрації домішок викликає розщеплення домішкових рівнів в зони і сильне викривлення енергетичних зон.

При подачі зворотної напруги струм через діод різко збільшується (туннелирование електронів з p в n область). Це еквівалентно тунельному пробою p-n-переходу.

При подачі зворотної напруги струм через діод різко збільшується (туннелирование електронів з p в n область). Це еквівалентно тунельному пробою p-n-переходу.

При подачі прямого зміщення зростає потік електронів тунелюватись з n області в p. У міру зростання Uпр відбувається збільшення Іпр. який досягає Imax при U1 (0 ¸ 1) (для германієвих діодів U1 = 40 ¸ 50 мВ; для арсенід галієвих - U1 = 100 ¸ 150 мВ). При цих зсувах величина дифузійного струму через потенційний бар'єр незначна, і Іпр визначається тільки тунельним ефектом. При подальшому збільшенні U пр. Іпр зменшується (перекриття енергетичних зон зменшується). При U пр = U2 тунельний струм дорівнює нулю (1¸2).

Ця ділянка ВАХ характеризується негативним диференціальним опором тому DI <0.

У т.2 Іпр = Imin - це звичайний прямий дифузійний струм діода. (Тобто в т.2 тунельний діод поводиться як звичайний діод), тунельний ефект закінчився.

При подальшому збільшенні U пр. Іпр збільшується (2¸3) за рахунок зростання дифузійного струму - подолання електронів потенційного бар'єру.

Основні особливості ВАХ тунельних діодів:

- ділянку з негативним диференціальним опором Rдіф;

- великі струми при зворотних зсувах.

- ток максимальний Imax - відповідає піку ВАХ;

- ток мінімальний Imin - відповідає мінімуму ВАХ;

- напруга піку U1 - відповідає току Imax;

- напруга U2 - відповідає Imin;

- постійне зворотна напруга;

Тунельні діоди використовуються в перемикаючих ланцюгах надвисокої роздільної швидкодії (до 1000 мГц).

Різновидом тунельних діодів є звернені діоди. Їх особливість - це практична відсутність ділянки з негативним диференціальним опором на прямий галузі ВАХ (рис. 25).

За формою ВАХ зверненого діода представляє перевернуту ВАХ звичайного діода.

Відкрите стан для таких діодів відповідає зворотному зміщення. При зворотному зсуві струм через діод дуже сильно залежить від напруги. Гідність - діоди можуть працювати при дуже малих напругах.

Вони володіють хорошими частотними властивостями, тому що туннелирование процес малоінерційний, а зміщення малі, тому практично відсутній інжекція та накопичення неосновних носіїв.

Звернені діоди використовуються в діапазоні СВЧ. Перевагою тунельних і звернених діодів є висока радіаційна стійкість, внаслідок високої концентрації домішок.

Варикап - це напівпровідниковий діод, який використовується як нелінійна ємність, керована напругою (ємність p-n-переходу - функція прикладеної напруги).

У варикапах використовується бар'єрна ємність, тому що диффузионная зашунтувати малим прямим опором p-n-переходу.

Варикап працює при зворотних зсувах на p-n-переході. Його ємність змінюється в широких межах (10¸1000 ПФ) і визначається виразом:

де С0 - ємність при UД = 0, UK - значення контактного потенціалу, U - прикладена зворотна напруга, n = 2 - для різких p-n переходів, n = 3 - для плавних переходів. З ростом Uобр ємність зменшується. Основною характеристикою варикапа є вольт-фарадні характеристика (ВФХ) (рис. 26).

- ємність варикапа Св - ємність, виміряна при заданому Uобр;

- коефіцієнт перекриття по ємності - відношення ємностей при двох заданих Uобр; ,

- опір втрат R п - сумарний активний опір варикапа;

- добротність QB - відношення реактивного опору на заданій частоті ХС до опору втрат;

- ТКСВ - температурний коефіцієнт СВ.

Діоди LED - це напівпровідниковий діод, призначений для відображення інформації. Світлодіод (СІД) отримують на основі p-n або гетеропереходов з випрямляє ВАХ (рис. 27).

Випромінювання в області переходу викликано мимовільної рекомбинацией носіїв заряду при проходженні прямого струму. При цьому рекомбинируют електрон переходить з ЗП в ВЗ з виділенням кванта світла з енергією hu »DW3З. Для отримання квантів видимого світла ширина # 8710; WЗЗ повинна становити DW3 ³1,7еВ. при DW3 <1,7эВ излучение находятся в инфракрасном диапазоне.

Такий величиною DW33 мають напівпровідникові сполуки GaAsP з різним співвідношенням елементів 1,4

У звичайних плоских переходах, кванти світла поглинаються в кристалі напівпровідника внаслідок внутрішнього відображення. Тому в СІД використовують сферичну форму кристала, або плоский кристал напівпровідника вплавляют в сферичну краплю скла або пластику, що знижує ефект внутрішнього відображення (рис. 28).