Твердотельная электроника.-3

337

добротности.

- условно графическое обозначение варикапа . Варикапы по функциональному назначению делятся на

умножительные и подстроечные.

5.6. Стабилитроны. Лавинно-пролетные диоды Стабилитроном называют полупроводниковый диод на

обратной ветви ВАХ которого имеется участок, где малому

пробоя. Действительно при электрическом пробое ВАХ на обратной ветви (кривая 1 рис.5.8.) содержит участок, где малому изменению напряженияDU соответствует большой диапазон изменения токаDI . Это обстоятельство является основой работы стабилитрона.

Поскольку для диодов на основе германия более вероятен тепловой пробой, ВАХ которого имеет вид кривой 2 на рис. 5.9, то на основе германия стабилитроны не изготавливаются. Все стабилитроны производятся на основе кремния.

Параметры стабилитрона (рис. 5.9).

1) Uст - напряжение стабилизации. Напряжение стабилиза-

ции однозначно определяется напряжением пробоя p-n перехода.

2) Iстmin - минимальный ток стабилитрона. Это ток на участке

перехода от тока насыщения к току пробоя. Обычно величина этого тока составляет 50 – 100 мкА.

339

3) Iстmax - максимальный ток стабилитрона. Величина этого тока ограничивается предельной плотностью тока и допустимой

мощностью рассеивания. Так что Iстmax = Pmax .

Uст

I

DU

U

1

DI

2

Рисунок 5.8. Обратная ветвь ВАХ диода при электрическом пробое

4) Icсрт -среднее значение тока стабилитрона, как средне-

арифметическое между Iстmax и Iстmin .

I

Uст

U

Iстmin

Iстср

Iстmax

Рисунок 5.9. ВАХ стабилитрона

5) ТКН – температурный коэффициент напряжения стабилизации.

Численное значение ТКН определяется как относительное изменение напряжения стабилизации при изменении температуры

340

В зависимости от механизма пробоя ТКН может быть положительным (при лавинном пробое) и отрицательным (при туннельном пробое) (рис. 5.10).

Рисунок 5.10. Зависимость знака ТКН от напряжения стабилизации

6) Rст – статическое сопротивление, определяемое как

Rст = Uст .

Iстср

7) Rд - динамическое (дифференциальное) сопротивление,

определяемое как Rд = DU ст .

DIст

8) Q – коэффициент качества стабилитрона. Определяется

Чем больше значение Q, тем лучше стабилитрон выполняет функцию стабилизации напряжения.

- условно-графическое обозначение стабилитрона

Стабилитрон включается в схему, показанную на рисунке

5.11.

341

Как будет видно из дальнейшего рассмотрения, без ограничительного резистора стабилитрон функцию стабилизации напряжения на нагрузке выполнять не может.

При работе стабилитрона в схеме стабилизации напряжения возможны два варианта:

+

Рисунок 5.11. Схема включения стабилитрона

1) Изменяется входной сигнал на величинуDE , а необходимо поддерживать неизменным напряжение на нагрузкеU н и

ток через нагрузку Iн

2) Входной сигнал не изменяется(Е=const), но изменяются параметры нагрузки (Rн). При этом стабилитрон должен поддерживать неизменным напряжение на нагрузке Uн.

Рассмотрим первый случай. В соответствии с уравнением Кирхгофа можно записать

Отсюда видна необходимость обязательного наличия в схеме Rогр. Однако, несмотря на то, что скачек входного сигнала гасится на ограничительном резисторе, главная роль в поддержании неизменного напряжения на нагрузке принадлежит ста-

342

билитрону. Именно благодаря наличию на ВАХ стабилитрона участка, где малому изменению напряжения соответствует большой диапазон изменения тока, скачек входного сигнала DE гасится на Rогр и на нагрузку не влияет.

Величина ограничительного резистора в данном случае определяется соотношением

Конечно, изменение входного сигнала вызывает изменение напряжения на стабилитроне , иследовательно, на нагрузке. Оценим величину DU н = DUст . Можно записать, что

напряжения на стабилитроне всегда много меньше, чем измене-

E = const Uст остается неизменным.

Для стабилизации напряжений разной полярности используется встречное последовательное ключение стабилитронов или выпускаемые промышленностью двуханодные стабилитроны

Стабистор – это полупроводниковый диод, напряжение на

котором в области прямого смещения слабо зависит от тока в заданном диапазоне и предназначен для стабилизации малых напряжений (<1 В). Для увеличения напряжения стабилизации применяют последовательное соединение стабисторов. Стабисторы имеют отрицательный ТКН. Основное отличие p-n перехода стабисторов – достаточно высокая степень легирования базы диода.

Стабилитроны и стабисторы имеют очень широкое практическое применение в схемах стабилизации напряжения, формирователей и ограничителей импульсов, схемах защиты и т.д.

По уровню мощности стабилитроны делятся на: маломощные< 0,3 Вт;

345

а по значению напряжения стабилизации на напряжения до9 В,

от 10 до 99 В, и от 100 до 200 В.

Шумовые диоды

Полупроводниковый шумовой диод — это полупроводниковый прибор, являющийся источником шума с заданной спектральной плотностью в определенном диапазоне частот.

В начальной стадии лавинного пробоя процесс ударной ионизации оказывается неустойчивым: ударная ионизация возникает, срывается, возникает вновь в тех местах р-n перехода, где оказывается в данный момент достаточная напряженность электрического поля. Результатом случайной неравномерности генерации новых носителей заряда при ударной ионизации являются шумы, которые характерны для определенного диапазона токов. При работе таких, например, приборов, как стабилитроны, шумы — явление вредное. Именно поэтому диапазон токов, соответствующий шумам, исключают из диапазона рабочих токов стабилитронов. Однако для различных измерений в радиотехнике нужны генераторы шумовых напряжений.

Таким образом, в качестве генератора шумовых напряжений можно использовать диод в диапазоне обратных токов от минимального Iпроб. min до максимальногоIпроб . max пробивного тока,

где наблюдается наибольшая интенсивность электрических флуктуаций. Так, для шумовых диодов КГ401А...КГ401В этот диапазон соответствует значениям токов 10 мкА…. 1 мА.

Основными параметрами шумовых диодов являютсяспектральная плотность шума Sш — эффективное значение напряжения шума, отнесенное к 1 Гц, при заданном токе пробоя, а также

граничная частота равномерности спектраfгр — наибольшая

частота спектра, при которой удовлетворяется в сторону отрицательного отклонения заданное требование по неравномерности спектральной плотности шума (при заданном токе пробоя).

Одним из справочных параметров шумовых диодов является

средний температурный коэффициент спектральной плотности шума TKSш — отношение относительного изменения спектраль-