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

69501. Организация производства Конспект лекций 408 KB
  Процессы организации производства: организация процесса производства в пространстве; организация процесса производства во времени; организация технической подготовки новой продукции; организация труда и заработной платы; организация обслуживания процесса...
69502. Основы международных валютно-финансовых и кредитных отношений 771.5 KB
  Включает ряд элементов каждый из которых юридически оформляется международными договорами и соглашениями: формы международных средств обращения и платежа золото определённые валюты международные валюты например ЕВРО; валютный паритет и узаконенный режим курсов...
69503. Планирование деятельности предприятий 522 KB
  Дело в том что предприятия в значительной мере отличаются друг от друга: размерами объемом выпускаемой продукции самой продукцией прокатный стан и часы одна сравнительно простая с коротким производственным циклом другая сложная например средняя турбина имеет порядка 40 тыс.
69504. Потенциал предприятия. Формирование и оценка 439.5 KB
  Основным этапом оценки становится определение потенциальных возможностей предприятия. Методы оценки конкурентоспособности потенциала предприятия. В общем виде процесс оценки конкурентоспособности потенциала предприятия состоит из следующих этапов: 1. определение цели...
69505. Стратегия предприятий 6.95 MB
  Современные концепции стратегии. Анализ современной экономической литературы дает возможность выделить две основных концепции стратегии: философскую; организационно-управленческую. Философская концепция грунтуется на общем значении стратегии для предприятия.
69506. Страхование 276.5 KB
  Страхователь это юридическое дееспособное физическое лицо заключившее со страховщиком договор страхования и обязующееся уплачивать страховщику страховые взносы при наступлении страхового случая страхователь может требовать от страховщика уплату страхового возмещения.
69507. Страховые услуги 350 KB
  Зарождение страховых услуг в Украине. Экономические отношения в чумацких братствах можно считать прообразами страхования. Первая страховая компания на территории Украины Общество взаимного страхования от огня была создана в 1863 году в Полтаве.
69508. Учет и аудит в банках 818.5 KB
  Бухгалтерский учет в банке можно определить как систему регистрации и подсчета итогов операций, выполняемых в банковском бизнесе, с последующим анализом и проверкой результатов и составлением соответствующих отчетов.
69509. Финансовая деятельность субъектов хозяйствования 623.5 KB
  В соответствии с действующим законодательством Украины под хозяйственными обществами подразумеваются предприятия учреждения организации образованные на основе соглашения между юридическими лицами и гражданами путем объединения их собственности и предпринимательской...