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

9023. Отечественная философия XX в. (А. Лосев, Э. Ильенков, М. Мамардашвили) 36 KB
  Отечественная философия XX в. (А. Лосев, Э. Ильенков, М. Мамардашвили) Особенности русской философии состоят по крайней мере из нескольких элементов. Во-первых, это национальные идиомы, смыслы, коренящиеся в пословицах, поговорках, сказках, притчах,...
9024. Проблема бытия и различные ее трактовки в философии 44.5 KB
  Проблема бытия и различные ее трактовки в философии Онтология - учение о бытии как таковом раздел философии, изучающий фундаментальные принципы бытия, наиболее общие сущности и категории сущего. Онтология выделилась из учений о бытии тех или иных о...
9025. Философская антропология. Основные понятия и проблемы 43.5 KB
  Философская антропология. Основные понятия и проблемы Основные направления философской антропологии - принципы анализа человеческой сущности, сущность и существование человека. Сущность - внутреннее содержание объекта, выражающееся в единстве всех ф...
9026. Сознание, его генезис и структура. Сознательное и бессознательное. Философские идеи психоанализа 52 KB
  Сознание, его генезис и структура. Сознательное и бессознательное. Философские идеи психоанализа Под сознанием имеется в виду способность идеального (психического) отражения действительности, превращение объективного содержания предмета в субъективн...
9027. Познание, его виды и структура. Понимание и объяснение как парадигмы познания. Уровни научного познания 48 KB
  Познание, его виды и структура. Понимание и объяснение как парадигмы познания. Уровни научного познания Гносеология - раздел философии, в котором изучаются проблемы природы познания и его возможностей, отношения знания к реальности, исследуются...
9028. Концепции истины. Проблема критериев истины 32.5 KB
  Концепции истины. Проблема критериев истины Рассматривая философскую теорию истины, мы ставим два вопроса: какие свойства знания определяют его истинность? как отличить истину ото лжи или заблуждения? В русской философии понятия ложь и...
9029. Виды и строение знания. Обыденное, научное и философское знание 34.5 KB
  Виды и строение знания. Обыденное, научное и философское знание Начиная с Демокрита философы занимали себя разделением знаний, попыткой их классификации и, соответственно, установлением связей между обозначенными видами. Современная эпистемология де...
9030. Предмет и типы социальной философии 37.5 KB
  Предмет и типы социальной философии Социальная философия имеет своим объектом познания общество, т. е. занимается познанием социальной действительности. В строгом смысле слова любое познание, поскольку оно протекает в обществе, является социальным...
9031. Глобалистика и ее проблемы. Глобальные проблемы современной цивилизации 42.5 KB
  Глобалистика и ее проблемы. Глобальные проблемы современной цивилизации Исторические типы взаимосвязи природы и общества определяются переходом от присваивающего к производящему хозяйству. Существуют три основных этапа такой взаимосвязи: 1 этап...