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

52302. Berlin 69.5 KB
  Das Pergamonmuseum befindet sich auf der Museumsinsel. Viele Berliner und Gäste der Hauptstadt besuchen es. Im Pergamonmuseum könnt ihr die schönsten archäologischen Sammlungen der Welt sehen. Eine der bedeutenden Sehenswürdigkeiten des Museums ist das Pergamonaltar. Hier könnt ihr auch das Vorderasiatische Museum und das Museum für Islamische Kunst besichtigen. Die Besucher dieser Museen gehen durch 6000 Jahre Geschichte der alten Hochkulturen der Welt.
52303. Berühmte Menschen unseres Landes 58.5 KB
  Das war unter der Regierung des Fürsten Wolodymyr und seines Sohnes Jaroslaw. Wolodymyr der Große ging zum byzantinischer Christentum über. Von Kyiv aus breitete sich das Christentum in der ganzen Rus aus.
52304. Бешенство и его профилактика 139 KB
  Цель: познакомить учащихся с симптомами диагностикой бешенства научить оказывать неотложную помощь проинформировать о способах профилактики бешенства. Симптомы Инкубационный период бешенства длится обычно 13 месяца но может варьироваться от менее 1 недели до более одного года. Первоначальными симптомами бешенства являются высокая температура и во многих случаях боль или необычные необъяснимые ощущения покалывания пощипывания или жжения в месте раны. Эта форма бешенства протекает менее драматично и обычно дольше чем буйная форма.
52307. Безопасность на дорогах. Производственная одежда 66 KB
  Учитель биологии: приветствие. Учитель обслуживающего труда: Я знаю три отрасли промышленности сельского хозяйства транспорта. Она тоже спешила по всей видимости на важную встречу Учитель биологии: Как вы думаете о чем пойдет речь на нашем уроке Формулирует тему и цели урока зачитывает эпиграф. 1я ученица: когда путники зашли за поворот они увидели...
52309. Техногенна небезпека. Правила безпечної безпеки життя 46 KB
  Правила безпечної безпеки життя 7й клас Тема: Техногенна небезпека. Базові поняття: техногенна небезпека кислотні дощі надзвичайна ситуація НС. 2й ряд пригадує що означає поняття небезпека і називає свої асоціації до слова небезпека.
52310. Пожежна безпека, Рольова гра для школярів 462.5 KB
  Важко уявити собі життя людини без вогню. Він допомагає приготувати їжу, зігріває, коли холодно. На заводах та інших підприємствах вогонь використовують, щоб виплавляти метал, виготовляти посуд, пекти хліб. Автомобіль не зрушить з місця, а космічний корабель не полетить, якщо на допомогу не прийде вогонь.