Мои Конспекты
Главная | Обратная связь


Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Теоретическое введение



Опорными (стабилитронами) называются полупроводниковые диоды, на вольтамперной характеристике которых имеется участок со слабой зависимостью напряжения от протекающего тока. На рис.1 приведены схемное обозначение опорного диода (а) и его ВАХ (б). Рабочий участок ВАХ опорного диода находится в области электрического (полевого или лавинного) про­боя р-п перехода. В настоящее время промышленностью выпускают­ся в основном кремниевые опорные диоды с напряжением пробоя более 3 В (практически совпадающим с напряжением стабилизации).

Поскольку напряжение электрического пробоя непосред­ственно связано с удельным сопротивлением базы диода, то можно считать, что опорные диоды на низкие напряжения ста­билизации изготавливаются из низкоомного материала (полевой пробой), тогда как высоковольтные р-п переходы имеют доста­точную ширину и в них лавинный пробой начинается при доста­точно больших обратных напряжениях. Обычно считают, что в опорных диодах с пробивным напряжением Uпр ≤ 7 В имеет место полевой, а с Uпр ≥ 15 В — лавинный пробой. При Uпр = 7…15 В пробой определяется действи­ем как лавинного, так и полевого механизмов (смешан­ный пробой).

а)

Рис. 1

Опорные диоды обычно характеризуются следующими параметрами: напряжением стабилизации Uст , током стабилизации Iст , динамическим (дифференциальным) сопро­тивлением в режиме стабили­зации rд = dU / dI , стати­ческим сопротивлением rст = Uст / Iст, коэффициентом качества Qк = rд / Rст ; температурным коэффициентом напряжения стабилизации. Вообще говоря, напряжения пробоя и стабилизации будут охватывать некоторую область. Поэтому для однозначного определения на вольтамперной характеристике диода некото­рой точки, напряжение в которой можно принять за напряжение стабилизации, необходимо задаться определенным значением тока. Всякое отклонение от этого значения будет приводить к изменению напряжения на диоде. Чем меньше изменения напря­жения соответствуют наперед заданным изменениям тока, тем лучшую стабилизацию обеспечит опорный диод. Ток стабилизации Iст определяется как средний рабочий ток диода. Помимо этого тока в справочниках на опорные диоды иногда указы­ваются значения минимального и максимального токов стаби­лизации.

Динамическое сопротивление rд, определяющее наклон ВАХ в области электрического пробоя, характеризует степень стабили­зации. Чем меньше rд, тем лучше стабилизация. Минимальные значения rд наблюдаются у диодов с Uпр ≈ 7 В. Статическое со­противление Rст характеризует потери в опорном диоде для за­данной рабочей точки. Коэффициент качества определяет, в от­личие от динамического сопротивления, не просто наклон ВАХ, а его отношение к напряжению стабилизации. Современные кремниевые опорные диоды имеют коэффициент качества по­рядка

0,01 ... 0,05 и ниже.

Исключительно важным параметром опорных диодов являет­ся температурный коэффициент напряжения стабилизации. С изменением температуры напряжение пробоя изменяется. Ха­рактер этого изменения и соответственно знак ТКН определяют­ся видом электрического пробоя.

В сильнолегированных р-п переходах имеет место полевой пробой, который определяется при прочих равных условиях шириной запрещенной зоны исходного полупроводника. Темпе­ратурная зависимость пробивного напряжения в этом случае будет определяться процессами термогенерации. С ростом тем­пературы вероятность перехода электрона из валентной зоны в зону проводимости возрастает и, следовательно, напряжение пробоя падает. Таким образом, низковольтные опорные диоды имеют отрицательный ТКН.

В слаболегированных р-п переходах имеет место лавинный пробой, который определяется при прочих равных условиях скоростью носителей заряда в обедненном слое, необходимой для ударной ионизации валентных связей. Поэтому температур­ная зависимость пробивного напряжения будет определяться температурной зависимостью скорости носителей заряда. С рос­том температуры скорость носителей заряда уменьшается, по­скольку уменьшается их подвижность. Поэтому для того чтобы при меньшей подвижности носитель заряда при­обрел скорость, необходимую для ударной ионизации, необхо­димо увеличить напряженность электрического поля в обеднен­ном слое, что достигается за счет увеличения обратного напря­жения. Таким образом, в высоковольтных опорных диодах Unpувеличивается с возрастанием температуры, т. е. ТКН имеет по­ложительный знак.

Изменение знака ТКН происходит при концентрациях примесей в слаболегированной области опорного диода (базе) порядка 5·1016 см-3. В этой области

(Uпр = 5…6 В) изменения напряжения стабилизации с изменением температуры будут минимальны, типовые значения ТКН не более 0,2 … 0,4 % / град.

Следует отметить, что работа опорных диодов при стабилизации малых токов не всегда возможна, поскольку в этом режиме наблюдается большие шумы. При возрастании тока стабилизации (обычно Iст ≥ 3 мА) шумы уменьшаются до уровней, позволяющих осуществлять качественную стабилизацию напряжения.

При подключении стабилитрона к источнику постоянного напряжения через резистор получается простейшая схема параметрического стабилизатора(рис.2).

Последовательно со стабилитроном в цепь источника постоянного тока включено балластное сопротивление Rбдля ограничения тока, а параллельно стабилитрону — нагрузка. Полярность источника питания Е соответствует обратному напряжению на стабилитроне. Для получения отрицательного выходного напряжения достаточно изменить полярность входного напряжения и последовательность включения электродов стабилитрона.

При увеличении напряжения питания Е при постоянном Rнувеличивается ток в цепи, протекающий через балластное сопротивление и стабилитрон. Напряжение на стабилитроне и на нагрузке Uн = Uст остается неизменным, а избыток напряжения питания гасится на балластном сопротивлении Rб.

В случае изменения сопротивления нагрузки Rнпри постоянной величине Е

(рис. 3)ток через Rб остается неизменным, но происходит перераспределение токов между стабилитроном и нагрузкой, а напряжение на стабилитроне и нагрузке все равно остается неизменным.

Ток Iст стабилитрона может быть определен вычислением падения напряжения на резисторе R.

,

Напряжение стабилизации стабилитрона определяется точкой на вольтамперной характеристике, в которой ток стабилитрона резко увеличивается. Мощность рассеивания стабилитрона вычисляется как произведение тока на напряжение :

Дифференциальное сопротивление стабилитрона вычисляется так же, как для диода, по наклону вольтамперной характеристики.



Рис. 2 Рис. 3

2.3 Описание работы:

Запуск пакета Electronics Workbench осуществляется нажатием левой клавиши мыши на ярлык программы Electronics Workbench Pro на рабочем столе или воспользовавшись меню пуск / программы / Electronics Workbench / Electronics Workbench Pro. Выбираем необходимые элементы схемы в окошках, соединяем, запускаем схему, проводим необходимые измерения.

Приборы и элементы: Функциональный генератор, мультиметр, осциллограф, источник постоянного напряжения, диод 1N4733, резисторы.

 

2.4 Порядок выполнения работы: