Типовые параметры газонаполненных и

Наименование прибора

Газонаполненные стабилитроны Прецизионные полупроводниковые стабилитроны Полупроводниковые стабилитроны малой мощности Полупроводниковые стабилитроны средней мощности

Полупроводниковые стабилитроны большой мощности

Примечание. Ipjg - рабочее напряжение; SCpg - допуск на номинал рабо-цналбное сопротивление прн токе, указанном в скобках; -Rgp - обратное сопротивление вещность рассеяния.

ОТ ширины запрещенной зоны. Величина Рз, как отмечалось на стр. 26, уменьшается с повышением температуры (температурный коэффициент напряжения около 0,01 %/град), а значит, уменьшается и пробивное напряжение согласно (2-51 а). Следовательно,.

температурная чувствительность в этом случае отрицательна: 8<;0.

У диодов с лавинным пробоем (сравнительно высоковольтных) пробивное напряжение согласно (2-56) находится в обратной зависи.мости от подвижности носителей, поскольку р ~ [х. Учитывая (1-32), приходим к выводу, что в этом случае пробивное напряжение увеличивается с ростом температуры; соответственно температурная чувствительность будет положительной: 8>0.

Зависимость ТКН от (ipppg показана на рис. 3-6, откуда следует, что граничным напряжением, при котором е О, являет-

SH0 20 50100гоо В

h-Ofi2 -0,04-

Рис. ТКН

ся tinpog 5,5 в. Большинство стабили-

3-6. Зависимость на рабочем участке кремниевого стабилитрона от напряжения пробоя.

тронов имеет более высокие рабочие напряжения, поэтому для них типичны положительные е порядка нескольких милливольт на градус. Это значение при широком диапазоне изменений температуры (50-100° С и более) часто оказывается неприемлемым. Тогда применяют последовательное соединение полупроводниковых стабилитронов с диодами, работающими 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 стабилитроны

Таблица 3-1

полупроводниковых стабилитронов

чего напряжения: / к - максимальный рабочий ток; -Рдцу-р - внутреннее дифферен-в области до пробоя; т - допустимая окружающая температура; р - допустимая

не рекомендуется применять, главным образом из-за роста дифференциального сопротивления диода Гд на пробивном участке. При токе 1 мА сопротивление увеличивается в среднем в 2 раза (а иногда и больше) по сравнению с номинальным значением, что нежелательно в схемах стабилизаторов (см. гл. 23). Кроме того, при малых токах резко возрастают собст-

венные шумы диода.

При увеличении тока вплоть до максимального значения сопротивление уменьшается, но весьма незначительно (на 10-20%). Зависимость

Гд (/) В обла-

Рис. 3-7. Эквивалентная схема полупроводникового стабилитрона в области пробоя.

сти пробоя объясняется неоднородностью р-п перехода: отдельные участки его пробиваются поочередно по мере повышения напряжения [42]. Удельное сопротивление пробитых участков, близкое к рб, на много порядков меньше, чем удельное сопротивление непробитых (запертых) участков, и поэтому определяет значение Гд. С увеличением площади пробитых участков сопротивление Гд уменьшается и в пределе стремится к значению Гб которое достигается примерно при номинальном токе.

Временная нестабильность опорного напряжения весьма мала. В первые 5-10 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

* Максимальный ток полупроводникового стабилитрона ограничен допустимой мощностью рассеяния. С ростом температуры допустимая мощность, а-значит, и допустимый ток уменьшаются (например, для диодов Д808-Д813 допустимая мощность уменьшается с 300 мВт при + 50 С до 70 мВт при +120° Q.

позволяет во многих случаях использовать полупроводниковый стабилитрон в качестве нормального элемента.

Поскольку пробойный режим не связан с инжекцией неосновных носителей, в полупроводниковом стабилитроне отсутствуют инерционные явления (накопление и рассасывание носителей) при переходе из области пробоя в область запирания и обратно. Эта особенность делает возможным применение полупроводниковых стабилитронов не только в стабилизаторах напряжения, но и в импульсных схемах. К числу таких схем относятся ограничители и фиксаторы уровня. В них полупроводниковый стабилитрон совмещает функции источника фиксирующего напряжения t/проб и обычного диода с весьма резким изломом характеристики (рис. 3-7). Кроме того, полупроводниковые стабилитроны могут применяться в качестве шунтов, защищающих от перенапряжений, в качестве элементов межкаскадной связи в усилителях постоянного тока, триггерах и других схемах [50!.

3-3. ТУННЕЛЬНЫЕ ДИОДЫ

Туннельные диоды [16, 49, 51, 52], 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 Лосева у точечных диодов (см. § 3-1) отрицательное сопротивление у туннельных диодов имеется не на обратной, а на прямой ветви характеристики (см. рис. 3-8; отрицательное сопротивление между точками / и 2). Рассмотрим происхождение такой формы характеристики, воспользовавшись энергетическими диаграммами р-п перехода.

Отличительными особенностями туннельного диода являются очень малые удельные сопротивления р- и п-слоев и соответствен.чо очень малая ширина перехода. Концентрация примесей в слоях достигает 10 см~ и больше, В этом случае полупроводник вырождается, превращаясь в полуметалл (см. с. 20). Уровни примесных атомов сливакэтся в зоны, а последние в свою очередь сливаются с соответствующими основными зонами слоев. В результате уровни Ферми, как и в металле, располагаются не в запрещенных зонах р- и -слоев, а в разрешенных зонах: в валентной зоне р-слоя и в зоне проводимости п-слоя. При этом энергетическая диаграмма с и м -метричного 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 низкосмном переходе), то носители имеют возможность переходить

Рис. 3 8. Статическая характеристика туннельного диода.