4.2.2. Тепловой расчет полупроводниковых приборов

Для всех полупроводниковых приборов, в том числа и для диодов, мощность рассеяния Р_расс, тепловое сопротивление и температура окружающей среды и перехода связан уравнением теплового баланса:

, (4.3)

которое лежит в основе тепловых расчетов полупроводниковых приборов. При известных (из 4.3) может быть определена температура перехода , которая и используется в (3.10) и (3.11). Для улучшения условий охлаждения (уменьшения ) применяются радиаторы (теплоотводы). Тогда тепловое сопротивление будет состоять из теплового сопротивления переход - корпус и теплового сопротивления корпус - среда :

. (4.4)

При плотном соединении радиатора с корпусом можно приближенно считать, что равно тепловому сопротивлению радиатора :

. (4.5)

Уравнение теплового баланса с радиатором, с учетом (4.4) и (4.5), можно записать в виде

. (4.6)

Из (4.6) может быть определено , при котором при заданной мощности рассеяния и максимальной температуре окружающей среды температура перехода не превышает максимально допустимой :

, (4.7)

для типовых теплоотводов и даются в справочных данных. Площадь поверхности S_рад (в см²) нетипового радиатора может быть приближенно определена по следующей формуле:

, (4.8)

где в град/Вт.

4.2.3. Кремниевые стабилитроны (опорные диоды)

Стабилитронами называют полупроводниковые диоды, у которых в области пробоя (на обратной ветви) напряжение на диоде почти не изменяется при изменении тока пробоя в широких пределах. Это обусловлено тем, что имеет место только электрический пробой. Тепловой пробой на рабочем участке характеристики исключен. Стабилитроны выполняются из кремния сплавным (реже диффузионным) методом /3/. Вольт-амперная характеристика и условное обозначение стабилитрона приведены на рис.4.6. Прямая ветвь - обычная. Рабочей является обратная ветвь в области пробоя. В пределах I_ст.min – I_ст.max напряжение пробоя является напряжением стабилизации U_стаб. Стабилитроны используются для стабилизации постоянного напряжения и для ограничения .напряжения (постоянного и переменного), а также в качестве источников эталонного напряжения и др.

Рис. 4.6

Параметры стабилитронов определяются на рабочем участке характеристики. Основными параметрами являются:

U_cт - номинальное напряжение стабилизации;

I_ст - номинальный ток стабилизации;

I_ст.min – минимальный ток стабилизации (при токах, меньших I_ст.min, резко ухудшаются свойства стабилитрона);

I_ст.min - максимальный ток стабилизации, при котором гарантируется заданная надежность при длительной работе (I_ст.min определяется допустимой мощностью рассеяния P_расс.max );

R_д - дифференциальное сопротивление на рабочем участке, определяемое отношением приращения напряжения стабилизации U_ст к вызвавшему его приращению тока стабилитрона I_ст (при заданном токе стабилитрона):

, (4.9)

ТКС - температурный коэффициент напряжения стабилизации, определяемый относительным (процентным) изменением напряжения стабилизации к изменении температуры окружающей среды:

Если напряжение не превышает 5,7 В, ТКС отрицателен. При этом преобладает туннельный механизм пробоя. При больших напряжениях (U_ст > 5,7 В) доминирует лавинный механизм и ТКС становится положительным /2,3/. В табл. 4.3 приведены параметры некоторых стабилитронов.

Таблица 4.3

Параметры стабилитронов

Тип Приборов	Uст, В	Iст, мА	R, Ом	ТКН,	Iст.min , Iст.max , мА	Pрасс.max, мВт
КС147А Д808 КС980А	4,1-5,2 7,0-8,5 153-207	10 5 25	56 6 330	-0,08 +0,07 +0,2	3-58 1-33 2,5-28	300 280 5000