![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Краткие теоретические сведения. Кремниевый стабилитрон - это сплавной кремниевый диод, используемый для стабилизации напряжения, фиксации его уровня
Кремниевый стабилитрон - это сплавной кремниевый диод, используемый для стабилизации напряжения, фиксации его уровня. Их так же называют опорными диодами, так как получаемое от них стабильное напряжение в ряде случаев используется в качестве эталонного. Вольт - амперная характеристика полупроводниковых диодов в области электрического пробоя имеет участок, который может быть использован для стабилизации напряжения. Такой участок у кремниевых плоскостных диодов соответствует изменением обратного тока в широких пределах. При этом до наступления пробоя обратный ток очень мал, а в режиме пробоя, то есть в режиме стабилизации, он получается таким же, как и прямой ток. Таким образом, рабочим участком стабилитрона служит часть вольт - амперной характеристики, соответствующая лавинообразному нарастанию обратного тока. На рис. 3.1. показана типичная вольт - амперная характеристика стабилитрона при обратном токе из которой видно, что в режиме стабилизации напряжения меняется мало. Характеристика для прямого тока стабилитрона такая же, как у обычных диодов.
Рис. 3.1. Рабочая часть ВАХ стабилитрона.
Основными параметрами кремниевых стабилитронов являются следующие величины:
· Напряжение стабилизации U ст, которое может изменятся в пределах от 5 до 200 В · Максимальный ток стабилизации и I ст. макс Который может составлять · Максимально допустимая мощность рассеяния Р макс, значение которой может · Дифференциальное сопротивление Влияние температуры оценивается температурным коэффициентом напряжения стабилизации ТКН, который представляет собой относительное изменение напряжения U ст при изменении температуры на один градус Цельсии, то есть ТКН =A Uст /(Uст· AT) Температурный коэффициент напряжения может быть от 10-5 до 10-3 К-1 Значения U ст и знак ТКН зависят от удельного сопротивления основного полупроводника. Стабилитроны в соответствии с величинами U ст и Р макс подразделяются на низковольтные и высоковольтные, маломощные, средней мощности и мощные. Дня низковольтных диодов (U ст< 6В), рабочий участок которых определяется полевым пробоем, ТКН отрицателен и имеет величину порядка 0.1% на один градус Цельсии. Высоковольтных диодах средней и большой мощности наблюдается электрический пробой, их ТКН положителен. Стабилитроны на напряжение до 6-7 В изготавливают из кремния с малым удельным сопротивлением, то есть с большой концентрацией примесей. В этих стабилитронах р - п - переход имеет малую толщину, в нем действует поле с высокой напряженностью и пробой происходит главным образом за счет туннельного эффекта. При этом ТКН получается отрицательным. Если же применен кремний с меньшей концентрацией примесей, то р - п - переход будет толще. Его пробой возникает при более высоких напряжениях и является лавинным. А для таких стабилитронов характерен положительный ТКН. Простейшая схема применения стабилитрона показана на рис. 3.2.
Рис. 3.2. Схема включения стабилитрона.
Нагрузка включена параллельно стабилитрону. Потому в режиме стабилизации, когда напряжение стабилитрона является почти постоянным, такое же напряжение будет и на нагрузке. Все изменения напряжения источника питания Е при его нестабильности почти полностью поглощаются ограничительным резистором R огр. Наиболее часто стабилитрон работает в таком режиме, когда напряжение источника нестабильно, а сопротивление нагрузки постоянно. Для установления и поддержания правильного режима стабилизации в этом случае сопротивление R огр должно быть вполне определенным. Обычно R огр рассчитывают для средней точки Г характеристики стабилитронов. Если напряжение меняется от - Е1 до + E2, то R огр можно найти по следующей формуле: Roгp = (Ecp-Ucт)/(Icp+Iн), где Е ср = 0.5 (Е мин + Е макс) - среднее напряжение источника; I ср = 0.5 (Iмин + Iмакс) - средний ток стабилитрона; I н = Uст/Rн -ток нагрузки. Если напряжение Е станет изменяться в ту или иную сторону, то будет изменяться ток стабилизации, но напряжение на нем, а следовательно и напряжение на нагрузке, остается почти постоянным. Поскольку все изменения напряжения источника должны поглощаться ограничительным резистором, то наибольшее изменение этого напряжения, равно Е макс - Е мин должно соответствовать наибольшему возможному изменению тока, при котором еще сохраняется стабилизация, т.е. I макс - I мин. Отсюда следует, что если значение Е изменяется на Δ E, то стабилизация будет осуществляться только при соблюдении условия: АЕ < (I макс - I мин) R огр. Стабилизация в более широком диапазоне изменений Е возможна при увеличении R огр. Большее R огр соответствует меньшим Iн, то есть большим Rh. Повышение Е так же дает увеличение R огр. Иногда необходимо получить стабильное напряжение более низкое, чем дает стабилитрон. Тогда последовательно с нагрузкой включают добавочный резистор, сопротивление которого легко рассчитать по закону Ома (рис. 3.3.) Второй возможный режим стабилизации Рис. 3.3. Второй режим работы стабилитрона.
Применяется в том случае, когда Е = const, a R н изменяется в пределах от R н мин до R н макс. Для такого режима R огр можно определить по средним значениям токов по формуле: Rогр=(E-Uст)/(Iср+Iн ср), где: Iн ср=0, 5(Iмин+Iн макс), здесь Iн мин=Uст/Rн макс, Iн макс=Uст / Rн мин
Работу схемы в данном режиме можно объяснить так: Поскольку R огр постоянно и падение напряжения на нем, равное Е - U ст так же постоянно, то и ток в R огр равный I ср +I н ср должен быть постоянным. Но это возможно в том случае, если ток стабилитрона I и ток I н изменяется в одинаковой степени, но в противоположные стороны. Например, если I н увеличивается, то ток I на столько же уменьшается, а их сумма остается неизменной.
|