Лабораторная работа №3

Электрические параметры.

КС182-импульсный стабилитрон.

Стабилитроны кремниевые малой мощности.

Напряжение стабилизации UСТ±D UСТ
КС133А	3.3±0.3 В
КС162А	6.2±0.4 В
КС182Е (КС212Е)	8.2±0.8 В (12.0±1.0 В)
Минимальный ток стабилизации ICТ. МИН.
КС133А	3 мА
КС162А	3 мА
КС182Е (КС212Е)	3 мА
Максимальный ток стабилизации ICТ. МАКС.
КС133А	87 мА
КС162А	22 мА
КС182Е (КС212Е)	15 мА
Максимальный импульсный ток стабилизации ICТ. МАКС. при tИ~10мкс (Q=10¸100)
КC18Е (КС212Е)	200 мА

Туннельный и обращенный диоды.

Определение. Туннельными называют полупроводниковые диоды на ос­нове вырожденного полупроводника, в которых туннельный эффект приводит к появлению на вольт-амперных характеристиках при прямом напряжении участка отрицательной дифференциальной проводимости.

Устройство. Туннельные диоды, как правило, сплавные полупровод­никовые диоды на основе германия или арсенида галлия. Корпуса высо­ко­частотных туннельных диодов рассчитаны на включение этих прибо­ров в объемные колебательные системы или же в коаксиальные и волно­водные тракты.

В качестве материалов используются высоколегированные полупро­вод­никовые кристаллы с концентрацией примесей N»10¹⁹ см^-3 и более.

Энергетическая диаграмма элек­тронно-дырочного перехода туннель­ного диода в отсутствие внешнего напряжения показана на рис. 3-1. Как известно в полупроводниках с высо­кой концентрацией примесей образу­ются примесные энергетические зоны. В n-полупроводнике такая зона перекрывается с зоной проводи­мости, а в р-полупроводнике — с валентной зоной. Вследствие этого уровень Ферми в n-полупроводниках с высо­кой концентрацией примесей лежит выше уровня E_c, а в р-полупроводни­ках ниже уровня E_v. В ре­зультате этого в пределах энер­гетического ин­тервала DE=E_v-E_c (рис. 3-1) любому энергетическому уровню в зоне проводимости n-полупроводника может соответствовать такой же энер­гетический уровень за потен­циальным барьером, т.е. в ва­лентной зоне р-полупроводника.

Вследствие высокой кон­центрации примесей электронно-дырочный переход получается очень узким (l£0,02 мкм).

Таким образом, частицы в n и р-полупроводниках с энергетическими состояниями в пределах интервала DE разделены узким (l) потенциаль­ным барьером. В валентной зоне р-полупроводника и в зоне про­водимо­сти n-полупроводника часть энергетических состояний в ин­тервале DE свободна. Следовательно, через такой узкий потенциальный барьер, по обе стороны которого имеются незанятые энергетические уровни, воз­можно туннельное движение частиц. Понятно, что при при­ближении к барьеру частицы испытывают отражение и возвращаются в большинстве случаев об­ратно, но все же вероятность обнаружения час­тицы за барье­ром в результате туннельного перехода отлична от нуля и плотность тун­нельного тока j_t¹0.

Токи в туннельном диоде. В состоянии равновесия (в отсутствие внеш­него напряжения) суммарный ток через переход равен нулю. Но вместо уcловия равновесия, для обычного р-n-перехода: j_D+j_d=0

необходимо написать условие: j_D+j_d+j_t=0.

Вольт-амперная характеристика туннельного диода может быть по­лу­чена путем суммирования вольт-амперной характеристики обычного р-п- перехода и зависимости I_t=f(U) (рис. 3-2, а). В области обратных на­пря-

жений кривая тока практически повторяет зависимость I_t=f(U), к обрат­ному туннельному току добавляется значительно меньший обратный ток I_обр. Начальный участок прямой ветви также определяется зависимостью I_t=f(U); диффузионный ток очень мал. При больших напряжениях I_t стре­мится к нулю и вольт-амперная характеристика при­нимает обычный вид: ток определяется диффузионным движением основных носителей.

На кривой рис. 3-2, б нанесены характерные точки зависимости I=f(U)для туннельного диода, служащие его параметрами. На участке изменения напряжений от U_П до U_В прибор характеризуется отрицатель­ным диффе­ренциальным сопротивлением.

Обращенный диод. При меньшей степени легирования полупровод­ника вольт-амперная характеристика имеет вид, показанный на рис. 3-3. Максимума кривой I=f(U) не наблюдается; но вследствие туннельного эффекта начальный участок прямой ветви становится более пологим. Если повернуть эту кривую на 180°, получится характеристика, напоми­нающая вольт-ампер­ную характеристику диода, но отличающаяся очень малым сопротивлением при прямом напряжении (пунктирная кривая). Такие приборы называются обращенными диодами.

Обращенные диоды способны работать на очень малых сигналах. А также они обладают хорошими частотными свойствами, так как туннель­ный процесс малоинерционный, а эффекта накопления неосновных носи­телей при малых прямых напряжениях практически нет. Поэтому обра­щенные диоды можно использовать на СВЧ. Из-за относительно большой концентрации примесей в прилегающих к электронно-дырочному пере­ходу областях обращенные диоды оказываются мало чувствительными к воздействиям проникающей радиации.

Параметры туннельных диодов. В качестве параметров используются напряжения и токи, характеризующие особые точки вольт-амперной ха­рак­теристики (рис. 3-2, б). Пиковый ток I_П соответствует максимуму вольт-амперной характеристики в области туннельного эффекта. Напря­жение U_Псоответствует току I_П. Ток впадины I_В и соответствующее ему напряжение U_В характеризуют вольт-амперную характеристику в области минимума тока. Напряжение раствора U_рр соответствует значению тока I_П на диф­фузионной ветви характеристики. Падающий участок зависимо­сти I=f(U) характеризуется отрицательным дифференциальным сопро­тивлением , величину которого с некоторой погрешностью можно определить по следующей формуле:

Иногда в справочниках приводится также отношение токов I_П/I_В.

1. Термины и обозначения.

Пиковый ток	Iп
Ток впадины	Iв
Напряжение пика	Uп
Напряжение впадины	Uв
Напряжение раствора	Uр-р
Постоянное прямое напряжение туннельног­о диода	Uобр.
Дифференциальное сопротивление	rдиф.
Максимально допустимый постоянный прямой ток туннельного диода	Iпр. макс.
Максимально допустимый постоянный обратный ток туннельного диода	Iобр. макс.

2. Цель работы:

2.1. Изучение принципа действия и конструк­тивных особенностей тун­нельного и обра­щенного диодов.

2.2. Наблюдение на осциллографе и снятие вольтамперных характери­стик туннельного и обращенного диодов.

Дата добавления: 2015-05-06