Вольт -амперная характеристика стабилитрона

Практическая работа №1.

Расчет параметров кремниевого стабилитрона

 

Общие сведения

 

 

При равномерном распределении тока лавинного пробоя по площади р–n-пере хода полупроводниковый прибор способен пропустить значительный обратный ток без его повреждения. Это явление используется в диодах малой мощности, получивших название кремниевых стабилитронов или опорных диодов. Стабилитрон имеет схемное обозначение (рис. 2.1).

При изготовлении стабилитронов наиболее широко используются сплавной и диффузионный методы получения р–n-перехода. Исходным материалом при изготовлении стабилитронов служит пластинка кремния n-типа. В нее вплавляется алюминий, являющийся акцепторной примесью для кремния. Кристалл с р–n-переходом помещается обычно в герметизированный металлический корпус.

Нормальным режимом работы стабилитронов является работа при обратном напряжении, соответствующем обратному электрическому пробою р–n-перехода. Лавинный механизм электрического пробоя р–n-перехода наблюдается как у кремниевых, так и у германиевых диодов. Однако выделение тепла, сопровождающее эти процессы, приводит для германия к дополнительной тепловой генерации носителей заряда, искажающей картину лавинного пробоя. В этой связи в качестве исходного материала для полупроводниковых стабилитронов используется кремний, обладающий более высокой температурной стабильностью.

 

 

Вольт -амперная характеристика стабилитрона

 

Важнейшей характеристикой стабилитрона является его вольт-амперная характеристика (рис. 2.2).

 

В прямом включении вольт-амперная характеристика стабилитрона

практически не отличается от прямой ветви любого кремниевого диода.

Обратная ветвь характеристики имеет вид прямой вертикальной линии,

проходящей почти параллельно оси токов. Благодаря этому при изменении

в широких пределах обратного тока падение напряжения на приборе

практически не изменяется. Это свойство кремниевых стабилитронов

позволяет использовать их в качестве стабилизаторов.

Поскольку электрический пробой стабилитрона наступает при сравнительно

низком обратном напряжении, то мощность, выделяющаяся в р–n-переходе даже

при значительных обратных токах, будет небольшой, что предохраняет

р–n-переход от необратимого теплового пробоя. Превышение предельно

допустимого обратного тока стабилитрона приводит, как и в обычных диодах,

к выходу прибора из строя.

 

 

Основные параметры стабилитрона Основные параметры кремниевых стабилитронов. Напряжение стабилизации – значение напряжения на стабилитроне при протекании заданного тока стабилизации . Этим значениям соответствует рабочая точка на обратной ветви ВАХ. Минимальный ток стабилизации – ток, при котором возникает устойчивый лавинный пробой и обеспечивается заданная надежность работы. Этому значению тока соответствует точка на рис. 2.2.

 

Максимально допустимый ток стабилизации – ток, при котором достигается максимально допустимая мощность рассеивания . Это значение тока показано буквой на рис. 2.2.

Дифференциальное сопротивление – отношение приращения напряжения на стабилитроне к приращению тока в режиме стабилизации

 

. (2.1)

 

. (2.2)

 

Величина характеризует степень постоянства напряжения стабилизации при изменении тока пробоя и определяется из построений, приведенных на рис. 2.3.

Максимальная мощность рассеивания – наибольшая мощность, выделяющаяся в р–n-переходе, при которой не возникает тепловой пробой перехода.

Температурный коэффициент напряжения стабилизации (ТКН) – отношение относительного изменения напряжения стабилизации к абсолютному изменению температуры окружающей среды, %/°С,

 

Величина показывает на сколько процентов изменится напряжение стабилизации при изменении температуры на 1 °С.

Важнейшие параметры стабилитрона соответствуют рабочей точке вольт-амперной характеристики стабилитрона (рис. 2.2). Обычно точка располагается на середине рабочего участка обратной ветви вольт-амперной характеристики стабилитрона.

В качестве примера в табл. 2.1 приведены основные параметры стабилитрона Д814Д, используемого в цепях стабилизации блоков управления электровозов.

 

Таблица 2.1