Исследование полупроводникового стабилитрона

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.

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.

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
десятки и даже сотни миллиампер.

· Максимально допустимая мощность рассеяния Р макс, значение которой может

· Дифференциальное сопротивление  в рабочей точке (при среднем значении тока стабилизации). Качество стабилитрона оценивается по величине его дифференциального сопротивления. При этом чем оно меньше, тем лучше. Так как Rd является сопротивлением переменному току, то его не следует путать со статическим сопротивлением, то есть сопротивлением постоянному току. Сопротивление постоянному току R0 = U / I в рабочей точке.

Влияние температуры оценивается температурным коэффициентом напряжения стабилизации ТКН, который представляет собой относительное изменение напряжения Uст при изменении температуры на один градус Цельсии, то есть

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.

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: