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

31822. Реформа армии Петра I 595 KB
  Для приверженцев первой точки зрения в военной историографии характерна уверенность в том, что военное дело в допетровской России было безнадежно отсталым, устаревшим и к моменту воцарения Петра I находилось в состоянии полного развала и запустения, армия была дезорганизована и небоеспособна
31823. Создание плана озеленения с использованием древесно-кустарниковых и травянистых растений, исключительно имеющих лечебные свойства 150.18 KB
  Фитотерапия с лечебной и профилактической целью использует либо растения в целом либо их отдельные части: корни корневища клубни луковицы листья цветки стебли кору почки ягоды плоды и семена. Цветет в мае плоды созревают в июле августе. Плоды черемухи использовались человеком каменного века о чем свидетельствуют результаты археологических раскопок. Используя их в пищу люди не могли не отметить их специфического вяжущего действия поэтому плоды черемухи можно считать одним из древнейших лекарственных средств.
31824. СВИНЦОВО-КИСЛОТНИЙ АКАМУЛЯТОР 6-СТ-90 550.5 KB
  Приготовление пасты. Расчёт объема пасты осуществляется по формуле. Поэтому при формировании очередной партии пластин отрицательной и положительной пасты меняются местами и следовательно изменяется полярность подачи напряжения на шины.3 Приготовление пасты Активная масса свинцовых аккумуляторов образуется в результате электрохимических процессов окисления или восстановления протекающих в электродных пастах при формировании намазных этими пастами пластин.
31825. Разработка информационно-справочного ресурса культурно-развлекательного центра «Мистик» способного представлять текстовую и графическую информацию пользователю 8.37 MB
  3 Анализ достоинств и недостатков имеющихся технологий 3 Техническое задание на создание ресурса 22 4 Проектирование работы ресурса с помощью UML 32 5 Реализация информационного ресурса 5.1 Разработка информационного ресурса 5.2 Описание интерфейса 6 Тестирование работы ресурса и контрольный пример работы 6.1 Тестирование интернет ресурса 6.
31826. Создание электронного ресурса, который поможет сделать процесс управления образованием более оперативным и удобным 4.53 MB
  3 Описание языка [2] PHP англ. PHP: Hypertext Preprocessor PHP: препроцессор гипертекста англ. [4] В области программирования для Сети PHP один из популярных скриптовых языков наряду с JSP Perl и языками используемыми в SP.NET благодаря своей простоте скорости выполнения богатой функциональности кроссплатформенности и распространению исходных кодов на основе лицензии PHP.
31827. Поиск субоптимальных параметров в методе аддитивного расщепления 240.81 KB
  Субоптимальные параметры расщепления максимально с точностью до малого параметра расширяют по вещественной оси спектральную область сходимости. Также проблематично бывает проверить условие сходимости которое обычно не выполняется. В связи с этим в данной дипломной работе для схемы МАР находятся такие параметры при которых спектральная область сходимости содержала бы интервал на вещественной оси наибольшей длины. Для случая когда спектральный радиус применяется метод аддитивного расщепления [13]: произвольный набор начальных...
31828. Реалии Третьего рейха и проблема их перевода 1.1 MB
  Вот некоторые из подобных явлений: Слово о воздушной войне речь рейхсминистра Геббельса Ein Wort zum Luftkrieg von Reichsminister Doktor Goebbelsâ N № 210 Вера и красота женская фашистская организация Glube und Schönheit N № 21 офицеры вермахта офицерыэсэсовцы Offiziere der Wehrmcht SSOffiziereâ R № 59 Германия и песнь о Хорсте Весселе ds Deutschlnd und ds HorstWesselLied R № 214 назначенный на 1 апреля 1933 года бойкот врачебной практики...
31829. ИМЯ, ЧИСЛО, МИФ: ФИЛОСОФСКО-АНТРОПОЛОГИЧЕСКИЙ АСПЕКТ 182.34 KB
  Триединство имени-числа-мифа, возможно, является инструментом для осознанной интерпретации потока реальности, которая необходима как связующий бытие и сознание элемент, но также как специфический «фильтр» воспринимающего субъекта.
31830. Рассчитаны основные элементы схемы, разработана печатная плата и конструкция универсального модуля 877 KB
  1 Выбор типа печатной платы.2 Выбор материала печатной платы.3 Выбор метода изготовления печатной платы.6 Расчет размеров печатной платы15 2.