Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
СТАБИЛИТРОН

СТАБИЛИТРОН

СТАБИЛИТРОН - газоразрядный - ионный прибор, предназначенныйдля поддержания на неизменном уровне (стабилизации) напряжения источниковпитания или узлов радиоэлектронной аппаратуры. С. представляют собой двухэлектродныеустройства, к-рые в зависимости от вида электрич. разряда, используемогов них, подразделяются на С. тлеющего разряда и С. коронного разряда.

Стабилитроны тлеющего разряда имеют почти горизонтальную вольт-ампернуюхарактеристику (рис. 1). Стабилизирующее действие основано на незначительномизменении падения потенциала в тлеющем разряде в довольно большом диапазонетоков I _{ст мин}-I _{ст макс},соответствующих нормальному тлеющему разряду (1-10 мА). Такую характеристикуимеет С. при условии небольших межэлектродных расстоянии, когда полноепадение потенциала между анодом и катодом равно катодному падению потенциала, <величина к-рого остаётся практически неизменной. Конструктивно С. тлеющегоразряда выполняются с цилиндрич. концентрич. электродами. Функции анодавыполняет стержень или проволока; окружающий её цилиндр является катодом. <Баллон вакуумируется и наполняется смесью инертных газов, вариации к-рыхвместе с разл. технол. способами обработки катодов позволяют изменять диапазонстабилизации напряжения от 50 до 160 В; срок использования С. более 10000 ч. Осн. параметры С. тлеющего разряда: U_B - напряжениевозникновения разряда; U _П - напряжение поддержания разряда, <соответствующее напряжению стабилизации U _ст;- изменение напряжения стабилизации при изменении тока в рабочем диапазоне; -макс. <и мин. значения токов, между к-рыми осуществляется стабилизация напряжения;R _Д - дифференц. сопротивление С., характеризующее стабилизир. <действие прибора; ТКН - температурный коэф. напряжения стабилизации, характеризующийизменение напряжения С. при изменении темп-ры окружающей среды.

Рис. 1. Вольт-амперная характеристика стабилитрона тлеющего разряда.

Рис. 2. Вольт-амперные характеристики положительной короны для Н ₂ и Аr.

Стабилитроны коронного разряда используются для стабилизации более высокихнапряжений (до 30 кВ). В основе работы приборов этого типа также лежит почти независимость U от I: вольт-амперная характеристика коронного разряда приопредел. выборе геом. параметров и газового наполнения прибора близка кгоризонтальной (рис. 2). В С. коронного разряда используется положит. корона(коронирующий электрод меньшего радиуса - анод) в водороде с давлениемпревышающим атмосферное. Конструктивно эти приборы выполняются в металлокерамич. <баллоне с бесцокольным оформлением и выводами в разные стороны. ПараметрыС. коронного разряда такие же, как у С. тлеющего разряда, особенностьюлишь является отсутствие у С. коронного разряда различия между напряжениемвозникновения разряда и напряжением стабилизации при U _ст

Лит.: Каганов И. Л., Ионные приборы, М., 1972; см. также лит. <при ст. Ионные приборы. А. С. Шипалов.

-------------------

СТАБИЛИТРОН (от лат. stabilis - устойчивый, постоянный) полупроводниковый- полупроводниковый прибор, предназначенный для стабилизации напряженияв электрич. цепях (см. Стабилизация тока и напряжения). Представляетсобой диод, работающий при обратном напряжении; вольт-амперная характеристика(ВАХ) С. (рис.) имеет участок с очень слабой зависимостью напряжения оттока (дифференц. сопротивление мало). Физ. механизмом, обусловливающимвозникновение такого участка, является лавинный либо туннельный пробой р - п-перехода. Конструктивно С. представляет собой -диод, в к-ром приняты меры по повышению однородности пробоя: специальнойконструкцией краевого контура р - n -перехода устранена возможностьпробоя по поверхности, а полупроводниковый материал имеет повыш. однородностьуд. сопротивления .В области малых напряжений «ступенька» тока определяется в осн. генерац. <процессами в базовой области на расстоянии диффузионной длины от - га-перехода («ток насыщения»). При больших напряжениях определяющей становитсягенерация в области пространственного заряда (ОПЗ) р -re-перехода, <к-рая расширяется с ростом напряжения. В точке А напряжённость поляОПЗ в области максимума достигает величины, при к-рой рост обратного токауже определяется ударной либо туннельной ионизацией, а в точке В при U = U_np происходит пробой и наклон характеристики резкоменяется. Этот наклон зависит от мн. факторов: от вида пробоя, его однородности, <величины уд. сопротивления материала и т. д. Для кремниевых р - n -переходов, <напр., до напряжения В определяющим является туннельный, а при В - лавинный пробой, дающий значительно более крутой наклон ВАХ. Однаколавинный пробой развивается, как правило, неоднородно по площади, а в локальныхучастках - в областях т. н. микроплазмы, где имеются значит. искаженияполя в ОПЗ, происходящие из-за разл. рода дефектов, а также неоднородностейполя, связанных с неоднородностью легирования.

Обратная вольт-амперная характеристика стабилитрона: С - точка стабилизации;R_H - нагрузочная прямая.

ВАХ С. после участка АВ становится практически линейной, посколькупри большом напряжении практически все области микроплазмы находятся встабильном проводящем состоянии и их линейные характеристики суммируются.

Осн. параметрами С. являются: динамич. сопротивление R _Д= dU/dl при I = I _ст; статич. сопротивление R= U _ст/I _ст; коэф. качества Q= R _Д/R;температурный коэф. напряжения ТКН = dU _ст/dT.

Напряжение стабилизации (7 _СТ связано с напряжением пробоя, <но не равно ему, т. к. ВАХ имеет определ. крутизну. Для однозначного определения U _ст задаются некоей определ. величиной тока I = I _ст так, чтобы эта точка была за участком АВ. Отклонение тока от этойвеличины будет приводить к изменению напряжения на диоде; динамич. сопротивление R _Д = dU/df характеризует степень стабилизации. Статич. <сопротивление R характеризует потери в диоде в заданной рабочейточке. Коэф. качества

представляет собой отношение относит. изменения напряжения на С. к относит. <изменению тока. Качество С. тем выше, чем меньше Q. Очень важныйпараметр - температурный коэф. напряжения. В случае лавинного пробоя U _пр с темп-рой возрастает; это происходит из-за уменьшения ср. длины свободногопробега носителей вследствие возрастания рассеяния на фононах решётки. <Поскольку с уменьшением длины свободного пробега носителей заряда энергия, <достаточная для ионизации решётки, может быть набрана в более сильном поле, <напряжение пробоя растёт с темп-рой, причём скорость роста довольно велика(ТКН ~ 0,1%/К). При туннельном пробое U _пр наоборот, уменьшаетсяс ростом темп-ры из-за уменьшения ширины запрещённой зоны; характернаявеличина ТКН ~ 0,030.07%/К. <Минимальный ТКН имеют кремниевые С. с В, когда туннельный и лавинный пробои развиваются одновременно.

У выпускаемых промышленностью С. напряжение стабилизации лежит в диапазоне2,2200 В, токстабилизации - от долей миллиампера до единиц ампер. Осн. полупроводниковымматериалом для С. является кремний, осн. технол. методы изготовления - п- -структуры- термодиффузия примесей, сплавление, эпитаксия.

Лит.: Федотов Я. А., Основы физики полупроводниковых приборов,2 изд., М., 1970; Грехов И. В., Сережкин Ю. Н.. Лавинный пробой р-n-переходав полупроводниках, Л., 1980. Н. В. Грехов.