Диод Зенера (стабилитрон)

Данный тип диодов назван в честь американского физика Кларенса Зенера. В отечественной литературе диод Зенера более известен под названием «стабилитрон».

Основное назначение – стабилизация напряжения. Работает данный тип диодов при обратном включении в режиме электрического пробоя. При этом в зависимости от конкретной модели прибора может преобладать как лавинный, так и туннельный механизм электрического пробоя. Если Вы внимательно читали материал выше, то легко можете заметить, что стабилитрон использует основной недостаток реального p-n перехода себе во благо. Стоит заметить, что примерно в половине полупроводниковых приборов используются или даже лежат в основе их функционирования какие-либо недостатки или паразитные свойства p-n перехода или чистого полупроводника. Исходя из этого, можно сказать, что в электронике хоть и приходится за все платить, но ничего даром не пропадает.

ВАХ стабилитрона:

Напряжение пробоя стабилитрона определяется концентрациями акцепторов и доноров, и профилем легирования области p-n-перехода. Чем выше концентрации примесей и чем больше их градиент в переходе, тем больше напряженность электрического поля в области пространственного заряда при равном обратном напряжении, и тем меньше обратное напряжение, при котором возникает пробой:

• Туннельный (Зенеровский).

Возникает в полупроводнике только тогда, когда напряженность электрического поля в p-n-переходе достигает уровня в 10⁶ В/см. Такие уровни напряженности возможны только в высоколегированных диодах с напряжением пробоя не более шестикратной ширины запрещенной зоны (6 E_G ≈ 6.7 В), при этом в диапазоне от 4 E_G до 6 E_G (4.5…6.7 В) туннельный пробой сосуществует с лавинным, а при напряжении пробоя менее 4 E_G (≈4.5 В) полностью вытесняет его. С ростом температуры перехода ширина запрещенной зоны, а вместе с ней и напряжение пробоя, уменьшается: низковольтные стабилитроны с преобладанием туннельного пробоя имеют отрицательный температурный коэффициент напряжения (ТКН).

• Лавинный.

Возникает в диодах с меньшими уровнями легирования, или меньшими градиентами легирующих примесей, и, как следствие, большими напряжениями пробоя. Он возникает при концентрациях примесей, примерно соответствующих напряжению пробоя в 4 E_G (≈4.5 В), а при напряжениях пробоя выше 4 E_G (≈7.2 В) полностью вытесняет туннельный механизм. Напряжение, при котором возникает лавинный пробой, с ростом температуры возрастает, а наибольшая величина ТКН пробоя наблюдается в низколегированных, относительно высоковольтных, переходах.

Основные параметры стабилитронов:

• Номинальное значение напряжения и тока стабилизации;

Эти значения обычно находятся по середине между минимальными и максимальными.

• Минимальное и максимальное значения напряжения и тока стабилизации;
• Температурный коэффициент напряжения.

Величина ТКН обычно порядка Для стабилитронов туннельного пробоя ТКН отрицателен, а для стабилитронов лавинного пробоя — положителен.

• Максимально допустимая рассеиваемая мощность;
• Диапазон рабочих температур.

Варикап

Название прибора происходит от англ. vari(able) — «переменный», и cap(acity) — «емкость». Работа данного типа диодов основана на зависимости барьерной емкости p-n перехода от обратного напряжения. Как Мы видим, очередной паразитный параметр p-n перехода работает нам на пользу. Варикапы применяются в качестве элементов с электрически управляемой емкостью в схемах перестройки частоты колебательного контура, деления и умножения частоты, частотной модуляции, управляемых фазовращателей и др.

В данном случае используется принцип простого плоского конденсатора, в котором емкость зависит от расстояния между обкладками, роль которых в варикапе играют p и n области. При увеличении обратного напряжения увеличивается геометрический размер запирающего слоя (обедненной области p-n перехода), т.е. увеличивается расстояние между обкладками, что приводит к уменьшению емкости p-n-перехода. Диапазон изменения емкости ограничен лишь толщиной полупроводника, далее которой p-n переход расширяться не может.

Основные параметры варикапов:

• Номинальная емкость;

Нормируется при заданном обратном напряжении.

• Коэффициент перекрытия по емкости;

Отношение емкостей при двух заданных значениях обратного напряжения на варикапе.

• Добротность;

Отношение реактивного сопротивления варикапа на заданной частоте к сопротивлению потерь при заданном значении емкости или обратного напряжения.

• Максимально допустимый продолжительный обратный ток;
• Максимально допустимое продолжительное обратное напряжение;
• Предельная частота варикапа;

Значение частоты, на которой реактивная составляющая проводимости варикапа становится равной активной составляющей. Нормируется при заданном обратном напряжении и температуре.

• Максимально допустимая рассеиваемая мощность;
• Диапазон рабочих температур.