1112

Кремниевый стабилитрон

Доклад

Физика

Процессы в p-n переходе при обратном напряжении. Энергетическая диаграмма p-n перехода при больших концентрациях. Пробои p-n перехода. ВАХ кремниевого стабилитрона. Характеристика стабилизатора.

Русский

2013-01-06

65.5 KB

55 чел.

Кремниевый стабилитрон

В этом диоде применяется электрический неразрушающий  пробой p-n перехода, который возникает при обратных напряжениях. Существуют два вида электрического пробоя: лавинный и туннельный. Для лавинного пробоя требуется обратное напряжение более 6- 8-и Вольт (8-150 В), для туннельного – до 6-8 Вольт. Рассмотрим механизм лавинного пробоя. На рис. показан p-n переход при обратном напряжении.

                             

                                

               Рис. Процессы в  p-n переходе при обратном напряжении

Неосновной носитель  p- области, электрон , в p-n переходе попадает в сильное электрическое поле и набирает большую кинетическую энергию. При ударении в нейтральный атом кристаллической решетки происходит его ионизация. В результате образуются свободные  носители, отрицательные электроны и положительный ион . Вновь образованные электроны ускоряются электрическим полем, набирают достаточную для ионизации энергию и «раскалывают» нейтральный атом. Таким образом, происходит лавинное размножение носителей, лавинная ионизация, которая оценивается коэффициентом лавинного размножения M=n1- число вышедших из перехода электронов/n2 – число вошедших в переход электронов, М>1. Такое же поведение и у дырочных носителей вошедших в переход.

Туннельный пробой наступает переходах малой толщины Δ, что будет при высокой концентрации примеси. Энергетическая диаграмма   p-n перехода для этого случая при обратном напряжении показана на рис.


                     

Рис. Энергетическая диаграмма p-n перехода при больших концентрациях

                                                       Примесей

Ее особенности таковы.

- обратное напряжение привело к увеличению энергетического барьера на переходе.

- Высокая концентрация примесей образовала энергетические примесные зоны.

- Напротив валентной зоны p-области расположилась зона проводимости n-области.

При перечисленных условиях электроны могут не меняя своей энергии переходить из валентной зоны p в зону проводимости n. Это туннелирование электронов, которое и происходит при пробое. На практике процесс нарастания обратного тока происходит резко, в то время как при лавинном пробое увеличение идет постепенно. Вольт-амперная характеристика стабилитрона показана на рис.

Необходимо заметить, что при больших токах оба электрические пробоя заканчиваются тепловым разрушением перехода, тепловым пробоем.


Рис. Пробои p-n перехода

      На рис. отдельно показана вольт-амперная характеристика стабилитрона и по ней введены параметры рабочей ветви.

                                          Рис. ВАХ кремниевого стабилитрона

- Uст – напряжение стабилизации.

- Iст max – максимальный ток стабилизации.

-  Rст – статическое сопротивление рабочего участка, Rст = Uст / Iст.

- Rдин – динамическое сопротивление рабочего участка Rдин = ΔUст / ΔIст .

-  ТКН – температурный коэффициент напряжения. Показывает, как изменяется напряжение стабилизации от изменения температуры, ТКН= ΔUст/ UстT, где Т – абсолютная температура.

На рис. показана схема стабилизатора напряжения. Такие стабилизаторы называются параметрические, то - есть в них используются параметры  ВАХ.


Рис. Схема стабилизатора напряжений.

Назначение элементов в схеме следующее. R2 – сопротивление нагрузки,

R1 – сопротивление, ограничивающее ток и предотвращающее тепловой пробой, VD1 – кремниевый стабилитрон. Основная характеристика стабилизатора Uвых=F(Uвх), ее вид изображен на рис. 19.

                                        

                                    Рис. 19 Характеристика стабилизатора

Качество стабилизатора определяется коэффициентом стабилизации, который равен отношению относительного изменения входного напряжения к относительному изменению выходного,  Kст = (ΔUвх/Uвх)/( ΔUвых/Uвых). Чем больше этот коэффициент, тем выше качество стабилизатора. Обычно Кст=10-30. Полезно запомнить следующее.

- Стабилитрон не включается без ограничительного балластного сопротивления (R1 на рис.).

- Для увеличения напряжения стабилизации допускается последовательное включение стабилитронов.

-   Параллельное включение бессмысленно, т.к. у них большой разброс параметров и первый открывшийся стабилитрон не допустит открывание второго.


A

A

+

-

-

+

-

-

-

P-область,

-U 

n-область

+U

p-n переход

Электрон

ион

Uобр.

Лавинный пробой

Туннельный пробой

тепловой

пробой

Iобр.

Uобр.

Iобр.

ΔUст.

Iст.maxx

ΔIст.

Uст.

R1

 Uвх.

Uвых.

VD1           R2

+

  

1

2

Uвых

Uвх

Электрический

пробой

Рабочий участок

ВАХ


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

15388. Ценообразование и ценовая политика на предприятии Боготолмолоко 184 KB
  Теоретические аспекты ценообразования на предприятии 1.1 Сущность и функции цен в рыночной экономике 1.2 Процесс и факторы ценообразования 1.3 Цели ценовой политики и принципы ценообразования 1.4 Информация необходимая при принятии у
15389. Динамика показателей денежного обращения в РФ (на начало I квартала 2010 г) 242 KB
  Курсовая работа Экономическая статистика Содержание Введение Глава I. Основы статистики денежного обращения 1.1 Денежные агрегаты 1.2 Денежная база 1.3 Узкие деньги 1.4 Широкие деньги 1.5 Денежные агрегаты в России Глава II. Динамика показателей денежного ...
15390. Генератор пилообразного напряжения 189.5 KB
  Реферат Курсовой проект выполнен в объеме 32 страниц содержит двенадцать рисунков использовано 4 источника. Разработанный генератор пилообразного напряжения может быть использован в контрольноизмерительной аппаратуре в цифроаналоговых преобразователях и т. п.
15392. Эффективность производства кормов в ОАО Сибирская Нива 342.5 KB
  ОАО Сибирская Нива Автогараж Ц.Р.М. Склад ГСМ Отделение №1 Отделение №2 Отделение №3 Зерносклад Введение Кормопроизводство является основополагающей отраслью сельского хозяйства научнотехнический уровень развити
15393. Анализ деятельности ООО «Артпак» 227 KB
  В период прохождения преддипломной практики мною была собрана и изучена информацию о предприятии ООО «Артпак», а так же дана организационно-экономическая характеристика предприятия.
15394. Анализ закрытого акционерного общества ГЕРМАСТ 207 KB
  1. Общая характеристика организации. Полное фирменное наименование: Закрытое акционерное общество ГЕРМАСТ Сокращенное фирменное наименование: ЗАО ГЕРМАСТ. Местонахождение: Россия г. Нижний Новгород пр. Ленина д. 88. Почтовый адрес: 606004 Россия г...
15395. Этапы создания и перспективы развития европейского экономического валютного союза 174 KB
  Контрольная работа Дисциплина Финансы и кредит Тема: Этапы создания и перспективы развития европейского экономического валютного союза Введение Европейский Союз объединяет 15 европейских стран с целью обеспечения мира и процветания их г
15396. СУЩНОСТЬ, ФУНКЦИИ И ИСТОЧНИКИ ФОРМИРОВАНИЯ ПРИБЫЛИ 114 KB
  РЕФЕРАТ СУЩНОСТЬ ФУНКЦИИ И ИСТОЧНИКИ ФОРМИРОВАНИЯ ПРИБЫЛИ Введение В рыночной экономике особое место отводится предприятию способному выполнять исключительно важную функцию зарабатывание прибыли Прибыль создает определен...