Главная | Обратная связь

Стабилитроны и стабисторы

 

Стабилитроном называют полупроводниковый диод, напряжение на котором в области электрического пробоя при обратном включении слабо зависит от протекающего по нему тока.

Вольт-амперная характеристика стабилитрона представлена на рис. 3.16. После достижения обратного напряжения значения, при котором возникает электрический пробой р-n перехода, обратный ток через стабилитрон резко возрастает, причем в пределах изменения этого тока от I _{ст мин} до I _{ст макс} (участок ДЕ) падение напряжения на стабилитроне остается практически постоянным. Оно носит название напряжения стабилизации U_ст. Напряжение пробоя, а следовательно, и напряжение стабилизации зависит от концентрации примесей в полупроводнике и лежит в пределах от 4 до 400 вольт.

В случае большой концентрации примесей р-n переход получается узким и в нем даже при малых напряжениях (U_проб 6 В) возникает электрическое поле, вызывающее туннельный пробой.

При малой концентрации примеси р-n переход имеет значительную ширину, в результате лавинный пробой наступает раньше, чем туннельный (при U_проб > 6 В).

Стабилитроны изготавливаются из кремния, так как в германиевых диодах электрический пробой легко переходит в тепловой.

Рис. 3.16

Стабилитроны характеризуются следующими основными параметрами (рис 3.16):

напряжением стабилизации U_ст – напряжение на стабилитроне при протекании заданного тока стабилизации I _ст;

максимальным и минимальным током стабилизации I _{ст мин} и I _{ст макс}. Минимальный ток определяется наступлением устойчивого пробоя. Максимальный ток ограничивается мощностью, рассеиваемой на диоде Р_макс. При токе, превышающем I _{ст макс}, наступает тепловой пробой, в результате которого стабилитрон выходит из строя;

дифференциальным сопротивлением Ом;

температурным коэффициентом напряжения ТКН ( ), определяемым относительным изменением напряжения стабилизации при изменении температуры окружающей среды на один градус при постоянном значении тока стабилизации.

град.

При лавинном пробое положителен, при туннельном – отрицателен. Для компенсации температурных изменений применяются различные методы. Условное графическое изображение стабилитрона показано на рис 3.17.

 

Рис. 3.17

В настоящее время серийно выпускаемые промышленностью стабилитроны подразделяются на стабилитроны общего назначения и прецизионные. Стабилитроны общего назначения используются в стабилизаторах, ограничителях постоянного или импульсного напряжения, а также в качестве элементов межкаскадной связи в усилителях, релаксационных генераторах, как выпрямители, управляемые емкости, шумовые генераторы. Прецизионные стабилитроны используются в качестве источников эталонного напряжения или опорных элементов в различных схемах, где необходима высокая точность стабилизации уровня напряжения.

Прямая ветвь вольт-амперной характеристики стабилитрона подобна прямой ветви обычного диода. Постоянное прямое напряжение при токах больших 1 мА для многих кремниевых диодов составляют 0,6 …1 В. Промышленностью выпускается группа полупроводниковых стабилитронов, так называемых СТАБИСТОРОВ, с напряжением стабилизации U=0,7…1,9 В, в которых областью стабилизации является прямая ветвь вольт-амперной характеристики. Стабисторы характеризуются теми же основными электрическими параметрами, что и стабилитроны.

 

Фотодиоды

Фотодиод – это фотоэлектрический полупроводниковый прибор с одним

р-n переходом имеющий два вывода. Условное графическое изображение фотодиода показано на рис. 3.18.

Рис. 3.18

Фотодиод имеет структуру аналогичную структуре обычного полупроводникового диода, которая помещается в металлическом корпусе с окном, прозрачным для светового потока. Принцип действия фотодиодов основан на возникновении в них явления внутреннего фотоэффекта при облучении р-n перехода потоком света Ф. Фотодиоды могут работать в двух режимах: в вентильном, когда он работает без источника питания и в его внешнюю цепь включена нагрузка R_н (рис. 3.19а) и фотодиодном, когда в его внешнюю цепь включается источник питания и нагрузка (рис. 3.19б).

V

Рис. 3.19

При работе в вентильном режиме фотодиод преобразует световую энергию в электрическую, генерируя фото-ЭДС под действием света. Действительно, под действием потока света, падающего на р-n переход возникает генерация пар носителей – электронов и дырок. Эти заряды под действием диффузионного поля перехода перебрасываются: дырки в р-область, а электроны - в область n, в результате чего область р заряжается положительно, а область n – отрицательно. Таким образом, между полупроводниками типа р и n возникает разность потенциалов, которая и носит название фото-ЭДС. Чем больше освещённость фотодиода, тем больше фото-ЭДС. При замыкании внешней цепи фотодиода, под действием фото-ЭДС через нагрузку будет протекать ток I _ф называемый фототоком. В этом режиме фотодиоды применяются в схемах чувствительных индикаторов излучения и как элемент солнечной батареи. Солнечные батареи из таких элементов могут отдавать до 100 кВт мощности с квадратного метра освещённой поверхности, при напряжении около 0,3 … 1 В на элемент.

В фотодиодном режиме фотодиод включается в цепь в обратном направлении. При отсутствии освещенности через р-n переход (диод) протекает небольшой обратный ток, называемый темновым током. При освещении р-n перехода увеличивается генерация пар носителей, в результате чего фототок увеличивается

I _ф = I _фо + КФ.

где Ф - световой поток в люменах;

-интегральнаячувствительность фотодиода в мА/лм.

Таким образом, в этом режиме фотодиод используется как фоторезистор.

Основными характеристиками фотодиодов являются вольт-амперная и спектральная характеристики.

Рис. 3.20

Вольт-амперная характеристика представляет собой зависимость фототока от приложенного к фотодиоду напряжения при постоянном значении светового потока I _ф = f (U) | Ф = const. (рис. 3.20) При отсутствии светового потока (Ф=0), характеристика фотодиода является обычной характеристикой полупроводникового диода. При отключении внешнего источника U=0 и освещении фотодиода в цепи течет ток, обусловленный фото-ЭДС. При увеличении обратного напряжения ток в цепи практически не меняется. При увеличении прямого напряжения , действующего встречно фото-ЭДС, обратный ток уменьшается. Фототок зависит от длины волны колебаний, падающего на диод светового облучения. Графическое изображение этой зависимости называется спектральной характеристикой (рис. 3.21). Параметрами фотодиодов являются: темновой ток I _фо, интегральная чувствительность и рабочее напряжение .

Рис. 3.21