Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 36
Текст из файла (страница 36)
ПРи этом са- а) Ю ау моразогрев диода в предобо)йной области отсут Рис. З-к. Статическая хаРактеРистика полУ- проволвикового стаоилитроиз. ствует и переход в послед- а — полиая яарактаркстика; б — разочка учасно резким (рис. 3-5). Кроме того, в самой области пробоя, даже при большом токе, нагрев диода не носит лавинообразного характера, так как токи 1 и 1и остаются малыми в широком температурном диапазоне (роль этих токов в тепловом пробое была подчеркнута в связи с формулой (2-00)1. Соответственно рабочий участок характеристики идет почти вертикально и не имеет отрицательного наклона, характерного для теплового пробоя (см. Рис.
2-30). Механизм пробоя в полупроводниковых стабилитронах может быть туннельным, лавинным или смешанным в зависимости ог удельного сопротивления базы (см. 3 2-7). У стабилитронов с весьма низкоомиой базой (низковольтных) имеет место туннельиый (зенеРовский) пробой, а у стабилнтронов с высокоомной базой (сравнительно высоковольтных) — лавннный пробой. Заметим, что в случае лавинного пробоя выгодно делать базу из электронного полупроводника, так как при этом излом обратной характеристики будет более резким 1см. (2-55) и значения показателя а в табл. 2-21.
Большой ие ерес представляет температурная зависимо ть стабилизированного напряжения в виде температурной чувствительности в=дояр,а/дТ или температурного коэффициента напря- жени Я ТКН =- е1(1„р,а. У диодов с тУннельным пРобоем (низковольт ных) пробивное напряжение находится в п р я м о й зависимости типовые плрвыегры галонлполиеинык и Првб, В бор,б, У наименование приборе то — 166 6 — Ю 2 — 200 з — юо Гвконкполненные стабилитроны Прецизионные полупроводниковые ствбнлнтроны Полупроводниковые сткбнлитроны малой мощности Полупроиодниконые ствбилитроны средней мощности Полулроводниковые стабилитроны большой мощ- ности -т-10 Примечание.
П б — рабочее непрюкентсе; бст б — допуск нв ре паяльное сопротивление при токе, уквввкном в скобкам; А б — обратное о р мощность рассеяния. номинал рвба- сопротивленве от ширины запрещенной зоны. Величина гры как отмечалось на стр. 26, уменьшаегся с повышением температуры (температурный коэффициент напряжения около 0,01 %/град), а значит„уменьшается и пробивное напряжение согласно (2-51а). Следовательно, температурная чувствительность в этом ув,йдад случае о т р и ц а т е л ь н а: з ( О. 000 У диодов с лавинным пробоем (сравнительно высоковольтных) пробивное напряжение согласно (2-56) находится в 000 о б р а т н о й зависимости от подвижности 008 носителей, поскольку р р г.
Учитывая Ощб (1-32), приходим к выводу, что в этом слу- Е Е .т000 50100л000 ЧаЕ ПрОбИВНОЕ НаПряжЕНИЕ уВЕЛИЧИВастея Отбл с ростом температуры; соответственно тем- -ООЧ пературная чувствительность будет п оложительной: е)0. Рис. З 6. Зависимость 3 ВИСНМ С Ь ТКН () На ТКН нв рабочем участке проб кремниевого стлбнлитро- Рис. 3-6, откуда следует, что граничным ив от нлпркжевин про- напряжением, при котором е — О, являетбок. ся (l„роб — 5,5 В. Большинство стабили. тронов имеет более высокие рабочие напряжения, поэтому для них типичны положительные з порядка нескольких милливольт на градус.
Вто значение при широком диапазоне изменений температуры (50 — !00' С и более) часто оказывается неприемлемым. Тогда применяют последовательное соединение полупроводниковых стабилнтронов с диодами, работакацимн в прямом направлении, в котором температурная чувствительность обычно отрицательна (см. $ 2-8). Такое решение используется в прецизионных стабилитронах (например, в диодах Д818 и КС196). Величина е практически не зависит от тока, если последний превышает 1 — 2 мА. При меньших токах кремниевые стабнлитрояы Таблица 3-! полупровеяннковык стабилитронов ннутр' температурные «оаффнписнт напр«веник, %!град ап (посо сг, Вт (накс Ото +ьр с1, ма и о' 'с Лавр мои -е.
0,01 .+ ги 0,07 0,0002 —: 0,01 -е= 0,02 —:+ 0,08 005 —: 0,12 +70 +100 +150 + 150 75" 150 ()гганс) 5 — 15 (1О мА) 10 — 50 (10 мА) 2 — 200 ((натгс) 5 2 — 20 2 — 100 8 О,! — 0,2 0,3 — 0,5 ! — 5 30 — еО 10 — 20 20 — 50 25 — 500 0,07 —: 0,15 2 — 60 ((макс) 10 — 50 т максвмальнма Работка то» Япн т в области да пробои; à — допуствмаа акружающак темаератураг Р— допусгимаа доп дап а Максимальный ток полупроводникового стабилитрона ограничен попусптмой мощностью рассеяния.
С ростом температуры допустимая мощность, а значит, и допустимый ток уменьшаются (например, для диодов д808 — д8!3 плпустимая могнносъь уменьшается с 300 мВт при + Ы" С ло 70 мВт при -1- ! 2~)с С!. не рекомендуется применять, главным образом из-за роста ди(рференпивльного сопротивления диода г, па пробивном участке. При токе 1 м(( сопротивление увеличивается в среднем в 2 раза (а иногда и болыпе) по сравнению с номинальным значением, что нежелательно в схемах стабилизаторов (см.
гл. 23). Кроме того, при малых токах резко возрастают собственные шумы диода. + и — + и При увеличении тока вплоть до максимального значениЯ ' сопРотивление (7 ~(Г "ед' (г уменьшается, но весьма не- О значительяо (на 1Π— 20%). Зависимость г (!) в обла Рис. 3-7. Зквггвалентная схема полупровоастн пробоя объясняется пикового стабилитрона в области про5оя. неоднородностью р-и перехода: отдельные участки его пробиваются поочередно по мере повышения напряжения 1421. Удельное сопротивление кпробитых» участков, близкое к рб, на много порядков меньше, чем удельное сопротивление енепробитых» (запертых) участков, и позтому определяет значение гд.
С увеличением плошади «пробитых» участков сопротивлениеу, уменьшается и в пределестремится к значению гб, которое достигается примерно при номинальном токе. Временная нестабильность опорного напряжения весьма мала. В первые б — 1О мин после включения она не превышает 0,2 — 0,5%, а в дальнейшем (при постоянной температуре) лежит в пределах до 1 мВ, т. е. составляет менее 0,01%. Такая высокая стабильность позволяет во многих случаях использовать полупроводниковый стабилитрон в качестве нормального элемента.
Поскольку пробойный режим не связан с инжекпией неосновных носителей, в полупроводниковом стабилитроне отсутствуют инерционные явления (накопление и рассасывание ихителей) при переходе из области пробоя в область запирання и обратно. Эта особенность делает возможным применение полупроводниковых стабнлитронов ие только в стабилизаторах напряжения, во и в импульсных схемах. К числу таких схем относятся ограничители и фиксаторы уровня. В аих полупроводниковый стабилнтрон совмещает функции источника фиксирующего напРЯжениЯ «Г«, а и обычного диода с весьма Резким изломом хаРактеРистикн (рис.
3-7). Кроме топз, полупроводниковые стабилнтроны могут применяться в качестве шунтов, защищающих от перенапряжений, в качестве злементов межкаскадной связи в усилителях постоянного тока, триггерах и других схемах [бО[. 3-3. 'ХУИЙВЛЬНЫВ ДИОДЫ Туннельные диоды 118, 49, 51, 521, разработанные в 1958— 1959 гг. по предложению японского физика Есаки, интересны тем, что будучи двухполюсниками, они могут усиливать сигналы подобно транзисторам.
Это объясняется. наличием участка с отрицательным сопротивлением на их вольт-амперной характеристике. В отличие от «участка Лосеваь у точечных диодов (см. 3 3-1) отрицательное сопротивление у туннельных диодов имеется не на обратной, а на прямой ветви характеристики (см. рис.
3-8; отрицательное сопротивление между точками 1 и 2). Рассмотрим происхождение такой формы характерисги- ки, воспользовавшись энергетическими диаграммами рчг перехода. Отличительными особенностями туннельного диода являются очень малые удельные сопротивления р- и и-слоев и Рис. 3-3. Статическая хар - соответственйо очень малая ширина петеристика туннельного дио- рехода. Ко1щентрация примесей в слоях достигает 10"' см з и болыпе. В этом случае полупроводник вырождается, превращаясь в полуметалл (см. с. 20).
Уровни примесных атомов сливаются в зоны, а последние в свою очередь сливаются с соответствующими основными зонами слоев. В результате уровни Ферми, как и в металле, располагаются ие в запрещенных зонах р- и п-слоев, а в разрешенных зонах: в валеитной зоне р-слоя и в зоне проводимости и-слоя. т[ри этом энергетическая диаграмма с и ми е т р и ч н о г о перехода в равновесном состоянии будет примерно такой, как показано на рис.
3-9, а. Как видим, нижняя часть зоны проводимости в слое п и верхняя часть валентной зоны в слое р оказались разделенными весьма узким запорным слоем. Если ширина его не превышает 0,01 — 0,02 мкм (что легко получить в низкоомном переходе), то носители имеют возможность переходить в смежный слой кпо горнзонтализ, т. е. Ие преодолевая потенпиаль- ного баРьеРа, Это Явление обУсловлено тУннельным эйфектом 6 2-7), откуда и пРоисходит название диодов. Ниже мы рассмотрим работу диода, анапизнруя движение электронов. Пгюедение дырок совершенно аналогично, а относительная роль обонх типов н акселей, как обычна, зависит от степени симметрии диода, т.
е. ат соотношения тлг гррр 7=0 а) е»р о о 9»я — — — — ' р ОЕю+Х вЂ” й) 1 +1 ' г) Рис. 39. Энергетические диаграммы туннельного дима на разных участкая характеристики. е — Ревиовееное состояние; о — обратное вкл»оченню е — прямое включение прн О < УН Е вЂ” ПРЯНО» Включенне при У, < У < Ун д — ПРЯМОЕ ВкЛЮчение при Ц > С»». удельных сопротивлений слоев. Распределение злектронов по зиергням отражено на рис.
3-9 разными расстояниями между кружкамн, обозначающими влек» Роны. Стрелками снабжены те злектроны, которые способны перейти в смежный слой тем илв иным путем. Результирующий тои через переход опеяивается на Рис. 3-9 как разнос»ь злекгронаых потоков, ироходяпгнх из одного слоя в другой. В равновесном состоянии потоки электронов в обоих направлениях уравновешиваются и ток отсутствует (рис. 3-9, а). Приложим к диоду внешнее напряжение обратной полярности (т. е плюсом к и-слою). Энергетическая диаграмма для этого случая "оказана на рис. 3-9, б. Так как количество электронов с энергией, превышщощей уровень Ферми, невелико, то поток электронов из Р-слоя в л-слой увеличится, а обратный поток останется почти неизменным.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
