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

54 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

15824. Создание ограничений в SQL Server 2005 416 KB
  Создание ограничений в SQL Server 2005 Создание ограничений Перед тем как начать работать с таблицами следует ограничить вводимые в них данные в целях обеспечения так называемой целостности данных т. е. ограничить возникновение в базе данных некорректных или п
15825. Создание таблиц в SQL Server 2005 376.5 KB
  Создание таблиц в SQL Server 2005 Создание таблиц и ограничений Таблицы представляют собой объекты базы данных используемые непосредственно для хранения всех данных. Одним из самых главных правил организации баз данных является то что в одной таблице должн
15826. Мифологическое знание как разновидность модельных представлений о психической регуляции труда 28.77 KB
  Мифологическое знание как разновидность модельных представлений о психической регуляции труда Для исторической науки в целом реконструкция религиозных представлений является важным критерием уровня духовного развития человеческой общности изучаемого периода иб...
15827. Изобразительные средства фиксации представлений о труде у древних славян и их предков 19.51 KB
  Изобразительные средства фиксации представлений о труде у древних славян и их предков Первыми способами применения визуальных средств для фиксации элементов труда были несомненно изображения животных объектов охоты на стенах пещер в эпоху каменного века. Множес...
15828. Песня и ритм - средства управления функциональным состоянием человека в труде 18.32 KB
  Песня и ритм средства управления функциональным состоянием человека в труде В условиях первобытнообщинного строя орудия труда были малопроизводительными и как правило их изготовление или использование в труде было связано с затратой больших физических усилий с ...
15829. Психологическое знание о труде в памятниках XI-XVII вв 28.68 KB
  Психологическое знание о труде в памятниках XIXVII вв. Летопись как известно молчит о простом человеке и тем более его труде описывая в основном деяния правящей верхушки общества. Из работ специалистовисториков реконструирующих двор и дом древнерусской рядовой...
15830. Петровские преобразования и психологическое знание о труде 28.69 KB
  Петровские преобразования и психологическое знание о труде Сразу же оговоримся что названный период в жизни страны совершенно не разработан в истории психологического знания о труде в то время как есть веские теоретические основания ожидать здесь некоторого взлет
15831. Корпоративные информационные системы 172 KB
  Двадцать один вопрос о корпоративных информационных системах Оглавление Вместо предисловия ВОПРОС 1. Что такое корпоративная информационная система ВОПРОС 2. Чем КИС отличается от ERP ВОПРОС 3...
15832. ERP (ENTERPRISE RESOURCE PLANNING) 53.5 KB
  ERP Enterprise Resource Planning Содержание 1. Определения ERP и ERPрешения2. История возникновения ERP3. Основные функции ERPсистемы4. Внедрения ERPрешений5. Достоинства ERPрешений6. Недостатки ERPрешений7. Аналитика рынка ERPрешений в России и странах СНГ8. Заключение 1. Определен...