3.7. Стабилитроны
Стабилитроном называют полупроводниковый диод, вольтамперная характеристика которого имеет участок малой зависимости напряжения от протекающего тока. Стабилитроны предназначены для стабилизации напряжения постоянного тока. Внешний вид стабилитронов показан на рис. 3.7.1.
Рисунок 3.7.1.Стабилитрон и его схематическое обозначение.
Принцип действия стабилитрона основан на использовании свойства p-n-перехода при электрическом пробое сохранять практически постоянную величину напряжения в определенном диапазоне изменения обратного тока. Как было сказано при рассмотрении видов пробоя p-n-перехода, электрический пробой является обратимым процессом и не приводит к выходу диода из строя при условии, что ток не превышает максимально допустимой величины.
Рисунок 3.7.2. Обратная ветвь вольтамперной характеристики стабилитрона.
Вольтамперная характеристика кремниевого стабилитрона приведена на рис. 3.7.2. В стабилитроне используется только обратная ветвь характеристики. Рабочим участком АБ является ее часть, соответствующая электрическому пробою и ограниченная минимальным и максимальным токами. В стабилитронах, как правило, присутствуют два вида пробоя – лавинный и туннельный; в низковольтных (с напряжением стабилизации менее 6,5 В) преобладает туннельный, в высоковольтных (с напряжением стабилизации более 6,5 В) – лавинный.
Параметрами стабилитрона являются:
напряжение стабилизации Uст — напряжение на стабилитроне при заданном токе стабилизации Iст;
минимальный ток стабилизации Iст. мин – наименьший ток, при котором сохраняется устойчивое состояние пробоя;
максимальный ток стабилизации Iст.макс – наибольший ток, при котором мощность, рассеиваемая на стабилитроне, не превышает максимально допустимого значения Рмакс; превышение Iст.макс приводит к тепловому пробою p-n-перехода и выходу из строя стабилитрона;
дифференциальное сопротивление Rдиф=ΔUст/ΔIст – отношение приращения напряжения стабилизации к вызвавшему его малому приращению тока: Rдиф определяется в рабочей точке B и характеризует точность стабилизации; чем оно меньше, тем лучше осуществляется стабилизация;
статическое сопротивление Rстат=Uст/Iст – сопротивление стабилитрона в рабочей точке при постоянном токе;
температурный коэффициент напряжения αUст показывает изменение в процентах напряжения стабилизации при изменении температуры окружающей среды на 1 °С.
Выпускаемые промышленностью кремниевые стабилитроны имеют напряжение стабилизации в пределах 3—200 В, минимальный ток от 1 до 10 мА, максимальный ток от 2 мА до 2 А, дифференциальное сопротивление 0,5—500 Ом.
Существуют полупроводниковые диоды, предназначенные для стабилизации напряжения с использованием в качестве рабочего участка отрезка прямой ветви вольтамперной характеристики, на которой прямое напряжение слабо зависит от тока. Такой полупроводниковый диод носит название стабистора.
3.8. Варикапы
При подаче обратного напряжения любой p-n-переход представляет собой конденсатор, диэлектриком которого служит высокоомный обедненный слой с низкой концентрацией носителей заряда, а электродами – слои полупроводникового материала по обе стороны от него, сохраняющие высокую проводимость. Емкость такого конденсатора, являющаяся барьерной емкостью p-n-перехода, определяется обратным напряжением Uобр и уменьшается с его ростом, так как обедненный слой расширяется, что равносильно увеличению расстояния между электродами. Зависимость емкости варикапа от приложенного к нему напряжения описывается так называемой вольтфарадной характеристикой.
Полупроводниковые диоды, основанные на использовании управляемой барьерной емкости, называют варикапами Внешний вид варикапов, условное обозначение и вольтфарадная характеристика представлены на рис. 3.8.1 – 3.8.2.
Рисунок 3.8.1. Внешний вид варикапов
Рисунок 3.8.2. а) – условное обозначение варикапа, б) – вольт-фарадная характеристика варикапа.
Основными параметрами варикапов являются:
емкость СВ, которая измеряется при определенном Uобр, обычно 4 В, и составляет от нескольких единиц до нескольких сотен пикофарад;
коэффициент перекрытия по емкости КС, который лежит в пределах от 2 до 18 и представляет собой отношение максимальной емкости СВ макс к минимальной СВ мин, измеренной при напряжении, близком к максимально допустимому.
Варикапы используют, главным образом, для управления колебательными контурами в системах автоподстройки частоты радио- и телевизионных приемников, а также в возбудителях передатчиков с частотной модуляцией и параметрических усилителях, работающих в диапазоне СВЧ.