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

40490. Образ Ивана Дурака 24 KB
  Образ Ивана Дурака. Иван Дурак открывает ряд литературных персонажей который заканчивается Христом. В волшебной сказке Иван дурак в архетипичном смысле слова. Иван Дурак высокий дурак ср.
40491. Образ Ильи Муромца в былине Илья и Святогор 20.5 KB
  Образ Ильи Муромца в былине 'Илья и Святогор'. Инвариант: Святогор и велик и высок его земля не держит и он ездит по горам всё что находится в горизонтальной плоскости хорошо всё что в вертикальной плохо. Святогор и Русь несовместимые понятия. Святогор символ природы гора камень.
40492. Образ Князя Владимира в былинах 21 KB
  Образ Князя Владимира в былинах. Основную часть русских былин прежде всего киевского цикла ученые связывают с Киевской Русью и правлением князя Владимира. Время князя Владимира время больших событий. Былинный образ Владимира прошел сложную историю.
40493. Образ Кощея 22 KB
  А рабство социальная смерть = Кощей полная смерть и физическая и социальная. он сама смерть т. смерть бессмертна. Как же можно победить смерть Смерть Кощея спрятана на конце иголки символ.
40494. Основные проблемы современной фольклористики 23 KB
  Основные проблемы современной фольклористики. У современной фольклористики те же самые проблемы что и у академических школ новые. Проблемы: вопрос о происхождении фольклора. проблемы изучения нового нетрадиционного фольклора.
40495. Особенности поэтики былин 28.5 KB
  Стих былины тонический многосложный с тремя или даже четырьмя сильными ударениями. Художественные средства былины подчинены оценке поведения персонажей. Структура былины: Запев вступление которое имеет целью привлечь внимание слушателей. Зачин устойчивое начало былины которое служит исходным моментом действия и часто содержит экспозицию.
40496. Особенности поэтики волшебной сказки 24.5 KB
  Особенности поэтики волшебной сказки. Композиция: начало и финал сказки очень жесткие В. Пропп Путьдорога = жизнь судьба героя 1 2 1 начало сказки: В некотором царстве в некотором государстве. 2 конец сказки: И я там было мед пиво пил по усам текло да в рот не попало.
40497. Особенности поэтики сказок о животных 21 KB
  Особенности поэтики сказок о животных. Структура сказок о животных довольно проста. Цепочная структура Самая примечательная особенность сюжета строения этого типа сказок нанизывание эпизодов. Весьма типична для сказок о животных так называемая комулятивная или цепочная структура.
40498. Плачи И. Федосовой 43 KB
  Федосовой. Речитативы Федосовой оказали влияние на классическую музыкальную традицию русскую оперу. Есть много свидетельств того что Николай РимскийКорсаков встречавшийся с Федосовой использовал мотивы ее речитативов в опере Садко . Творчество Федосовой органично вошло в поэзию Николая Некрасова.