Қазақша рефераттар

ТКН стабилизация кернеуінің температуралық коэффициенті

Стабилитрондар: мәні және қолданылуы

Қарапайым диодтарда p–n ауысуы кері кернеудің рұқсат етілетін шамасын шектейді, өйткені белгілі бір мәннен кейін тесілу (breakdown) құбылысы басталады. Кернеуге төзімділікті арттыру үшін жоғары меншікті кедергілі материалдар қолдануға болады, алайда тесілу әрдайым зиянды құбылыс емес.

Кейбір арнайы аспаптарда тесілу керісінше қажетті жұмыс режимі ретінде пайдаланылады. Осындай құрылғылардың негізгі өкілі — стабилитрон (тіреу диод).

Негізгі идея

Стабилитрон — кері бағытта қосылған кезде тесілу кернеуіне дейін өте үлкен кедергі көрсетіп, тесілу басталғаннан кейін динамикалық кедергісі өте аз болатын диод. Соның арқасында тесілу аймағында кернеу шамамен тұрақты ұсталып, тізбектегі кернеуді шектеу және тұрақтандыру жүзеге асады.

Жұмыс істеу принципі

Тесілуге дейін стабилитрон арқылы өтетін кері ток өте аз, сондықтан құрылғының кедергісі үлкен болады. Ал тесілу басталғаннан кейін вольт-амперлік сипаттамада тесілу аймағы пайда болып, токтың едәуір өзгеруіне қарамастан кернеу салыстырмалы түрде аз өзгереді. Бұл аймақ стабилитрон үшін қалыпты жұмыс режимі болып саналады.

Материал таңдауы: неге кремний?

Стабилитрондарды көбіне кремнийден жасайды. Кремнийлік p–n ауысуларында кері ток аз болады және температуралық тұрақтылығы жоғарырақ.

Кремний (Si)

  • Кері ток аз
  • Температураға төзімділігі жоғары
  • Жұмыс аймағында сипаттамасы «тіктеу»

Германий (Ge)

  • Кері ток кремнийге қарағанда едәуір үлкен
  • Жылулық тесілу ықтималдығы жоғары

Стабилизация кернеуі және түрлері

Стабилитронның тесілу кернеуі (немесе стабилизация кернеуі) — кернеу тұрақтандырылатын деңгейдің негізгі көрсеткіші. Ол p–n ауысудағы негізгі тасымалдаушылар концентрациясына тәуелді, сондықтан қажетті кернеу мәні қоспалау деңгейін өзгерту арқылы алынады.

Стабилитрондарда стабилизация кернеуі шамамен 3 В-тан 400 В-қа дейін болуы мүмкін. Тәжірибеде оларды жиі екі топқа бөледі:

  • Төмен вольтты стабилитрондар: p–n ауысуы тар, тесілу көбіне туннельдік механизммен жүреді.
  • Жоғары вольтты стабилитрондар: әдетте 6 В-тан жоғары, тесілу көбіне көшкінді (avalanche) сипатта болады.

Негізгі параметрлері

Дифференциалды кедергі (rd)

Жұмыс нүктесіндегі кернеудің токқа сезімталдығын сипаттайды. Идеалда ток қатты өзгерсе де, кернеу аз өзгеруі керек. Сондықтан rd неғұрлым аз болса, стабилитрон сапасы соғұрлым жоғары.

Статикалық кедергі (Rст)

Белгілі бір нақты жұмыс нүктесінде кернеу мен токтың қатынасын көрсетеді және құрылғыдағы энергетикалық шығындармен байланысты. Әдетте ол стабилизация кернеуі мен жұмыс тогына тәуелді.

Минималды стабилизация тогы (Imin)

Стабилизация әсері сенімді байқалатын ең кіші ток. Ток осы мәннен төмен болса, кернеу тұрақтануы нашарлайды.

Сапа коэффициенті (β)

Токтың салыстырмалы өзгеруінің стабилизация кернеуінің салыстырмалы өзгеруіне қатынасы ретінде қарастырылады. Қажетті жағдай: ток көп өзгергенде кернеу аз өзгеруі тиіс, сондықтан β мүмкіндігінше кіші болғаны дұрыс. Әртүрлі типтер үшін β шамамен 0,1–0,5 аралығында кездеседі.

Температуралық қасиеттері: ТКН

Стабилизация кернеуі температураға тәуелді. ТКН — стабилизация кернеуінің температуралық коэффициенті; ол температура 1 К-ға өзгергенде стабилизация кернеуі қаншаға өзгеретінін көрсетеді.

Төмен вольтты стабилитрондар

Әдетте ТКН < 0. Туннельдік тесілу кезінде температура артқан сайын тыйым салынған аймақ «тарылып», туннельдеу ықтималдығы өседі, сондықтан тесілу кернеуі төмендейді.

Жоғары вольтты стабилитрондар

Әдетте ТКН > 0. Көшкінді тесілу кезінде температура көтерілген сайын тасымалдаушылардың ретсіз жылулық қозғалысы өсіп, тесілуге жеткілікті энергия жинау үшін үлкенірек кернеу қажет болады.

Тәжірибеде температуралық тұрақтылықты жақсарту үшін теріс және оң ТКН-ы бар элементтерді үйлестіріп, ТКН-ы аз шешімдер алуға болады.

Дайындау тәсілдері

Стабилитрондардағы p–n ауысулар әртүрлі технологиялармен жасалады: диффузиялық, балқытпалық және диффузиялық-балқытпалық. Көп жағдайда стабилитрондарда балқытпалық p–n ауысуы кездеседі.

Қолданылу аймақтары

Стабилитрондар тұрақты және импульстік кернеу стабилизаторларында, қорек көздерінде және кернеуден қорғау тораптарында кеңінен қолданылады. Олардың басты міндеті — тізбектегі кернеуді берілген деңгейде ұстап тұру және асқын кернеулерді шектеу.