3 что такое температурный коэффициент напряжения

Стабилитроны, стабисторы, импульсные ограничительные TVS-диоды.
Справочная информация о стабилитронах с иллюстрациями, типами корпусов и под-
робными характеристиками

Современная электронная аппаратура предъявляет жёсткие требования к стабильности постоянного напряжения источника питания. Основными причинами, вызывающими колебания выходного напряжения ИП, являются изменения напряжения сети и сопротивления нагрузки. Для минимизации влияния указанных причин предназначены стабилизаторы напряжения, позволяющие в заданных пределах поддерживать напряжение на нагрузке, а основой данных электронных устройств как раз и являются стабилитроны и стабисторы.

В электротехнике полупроводниковый стабилитрон или диод Зенера – это особый вид диодов, функционирующий в режиме устойчивого пробоя в условиях обратного смещения p-n перехода.

Рис.1

Таким образом, напряжение на стабилитроне весьма точно поддерживается в определённом, достаточно широком диапазоне обратных токов.
Этот диапазон токов должен быть не меньше минимального тока стабилизации, т.е. наименьшего тока, при котором возможна работа стабилитрона в режиме пробоя, и не больше допустимого максимального тока стабилизации. Обе эти величины указаны в справочных характеристиках полупроводника.
По большому счёту, при выборе полупроводникового стабилитрона для работы в стабилизаторах напряжения, во многих случаях вполне достаточно ориентироваться на три его основных параметра: напряжение стабилизации, а также на минимальный и максимальный рабочие токи.

Поясним примером. Предположим, заданы такие исходные данные:

TVS-диоды — полупроводниковые приборы, выполняющие защитные функции ограничителя высоких напряжений, поступающих на вход устройства.
TVS-диоды разработаны и предназначены для защиты от мощных импульсов перенапряжения, в то время как кремниевые стабилитроны предназначены для поддержания величины постоянного напряжения и не рассчитаны на работу при значительных импульсных нагрузках.

Условные обозначения электрических параметров, характеризующих свойства
стабилитронов, стабисторов, импульсных TVS-диодов:

Источник

3 что такое температурный коэффициент напряжения

Автор: Мышонок
Опубликовано 07.02.2007

4. А теперь поговорим о «ТК» подробнее:

ТКЕ конденсатора очень сильно зависит от материала диэлектрика между обкладками. Ведь малейшее температурное изменение толщины диэлектрика, вызывает очень большое изменение ёмкости конденсатора.
Наиболее подвержены влиянию температуры керамические конденсаторы. Так как полностью победить ТКЕ не удаётся, (а иногда, наоборот, клин клином вышибают: например, в LC-контуре, у катушки ТКИ положительный, тогда конденсатор с отрицательным ТКЕ ставят, чтобы частота настройки контура от температуры не уходила), у керамических конденсаторов очень много всяких ТКЕ имеется. ТКЕ у керамических конденсаторов настолько важен, что его на корпусе конденсатора каким-либо способом практически всегда обозначают.
Поэтому про них мы поговорим подробнее:
Отечественная система обозначений ТКЕ (в том числе старая и очень старая)

Картинка эта для примера нарисована, у разных типов конденсаторов эти «Н» и по другому могут кривиться. Главное в том, что ёмкость этих конденсаторов при изменении температуры не изменится больше, чем процентов с буквой «Н» написано.

Группа ТКЕ

Номинальное значение ТКЕ, ppm/ °C

Источник

Стабилитроны

Стабилитрон – это специальный полупроводниковый диод, при работе которого используется обратная ветвь вольт-амперной характеристики в режиме электрического пробоя. При значительных изменениях силы обратного тока через диод напряжение на нем практически не изменяется (стабильно). Если параллельно стабилитрону подключить нагрузку, то напряжение на ней тоже не будет изменяться. Стабилитроны изготавливаются из кремния и называются иногда опорными диодами. У них до наступления пробоя обратный ток очень мал, а в режиме пробоя сравним с прямым током. На рисунке 3.29 показан вид обратной ветви вольт-амперной характеристики стабилитрона.

Стабилитрон характеризуется следующими основными параметрами: минимальный и максимальный ток стабилизации, напряжение стабилизации при заданном токе стабилизации (см. рис. 3.29), дифференциальное сопротивление, температурный коэффициент напряжения стабилизации, максимальная допустимая мощность, рассеиваемая в стабилитроне.

Дифференциальное сопротивление – это отношение изменения напряжения стабилизации к изменению силы тока стабилизации. Изменение тока нужно выбирать как можно меньше, чтобы можно было указать значение сопротивления для определенного тока стабилизации. С уменьшением тока стабилизации дифференциальное сопротивление стабилитрона увеличивается. Минимальное значение тока стабилизации как раз и определяется допустимым увеличением дифференциального сопротивления стабилитрона.

Дифференциальное сопротивление стабилитронов составляет единицы и десятки ом. Для идеального стабилитрона дифференциальное сопротивление равно нулю и рабочую (обратную) ветвь вольт-амперной характеристики можно аппроксимировать двумя отрезками прямых. При напряжении, меньшем напряжения стабилизации, ток через стабилитрон равен нулю. При напряжении, равном напряжению стабилизации, изменение тока через стабилитрон не приводит к изменению напряжения на нем.

Дифференциальное сопротивление стабилитрона (сопротивление переменному току) не следует путать с его статическим сопротивлением (сопротивлением постоянному току), которое во много раз больше дифференциального.

Максимальный ток стабилизациистабилитрона определяется допустимой мощностью рассеяния.

Температурный коэффициент напряжения стабилизации (ТКН) показывает относительное изменение напряжения стабилизации при изменении температуры на 1 К:

Часто ТКН выражают в процентах.

ТКН стабилизации может быть отрицательным (у полупроводников с большой концентрацией примесей, малой толщиной перехода, где пробой происходит за счет туннельного эффекта) и положительным (в полупроводниках с меньшей концентрацией примесей, большей толщиной p-n перехода, где пробой возникает при более высоких напряжениях и является лавинным). У некоторых стабилитронов ТКН стабилизации изменяет знак при изменении величины тока через стабилитрон.

Значение тока через стабилитрон, при котором изменяется знак ТКН стабилизации, определяет так называемую термостабильную точку стабилитрона. Знание такой точки важно при проектировании высокостабильных стабилизаторов постоянного напряжения.

Источник

Температурный коэффициент напряжения стабилизации стабилитрона

Температурный коэффициент – напряжение – стабилизация

Температурный коэффициент напряжения стабилизации зависит от напряжения стабилизации кремниевого стабилитрона. [1]

Температурный коэффициент напряжения стабилизации ( ТКН) указывает относительное изменение напряжения стабилизации при повышении температуры на 1 С. [3]

Температурный коэффициент напряжения стабилизации зависит от напряжения стабилизации и тока через стабилитрон. Из этих зависимостей следует, что при низком напряжении стабилизации ( менее 5 В) ТКН имеет отрицательный знак и при токе около 10 мА составляет примерно – 2 1мВ / С. В достигает значения 6мВ / С. [5]

Температурный коэффициент напряжения стабилизации ТКН показывает, как изменяется напряжение стабилизации при изменении температуры на ГС и измеряется в % / С. Коэффициент ТКН положителен для стабилитронов, работающих при относительно высоких значениях напряжения и отрицателен для низковольтных приборов. ТКН растет с ростом напряжения стабилизации. [6]

Метод измерения температурного коэффициента напряжения стабилизации Стабилитроны и стабисторы полупроводниковые. [7]

В то же время величина температурного коэффициента напряжения стабилизации от тока практически не зависит. [11]

Важным параметром стабилитронов и стабисторов является температурный коэффициент напряжения стабилизации ТКН ( дист / ДТ) – 100, который показывает, на сколько процентов изменится напряжение стабилизации при изменении температуры прибора на 1 С. [13]

Важным параметром стабилитронов и стабисторов является температурный коэффициент напряжения стабилизации ТКН ( дист / ДТ) ЮО, который показывает на сколько процентов изменится напряжение стабилизации ( AUCT) при изменении температуры ( ДТ) на 1 С. Этот параметр у стабилитронов с напряжением стабилизации более 6 В положительный, а менее 6В – отрицательный. Для уменьшения ТКН разработаны так называемые температурно-компенсированные прецизионные стабилитроны. В этих приборах путем последовательно соединенных двух или более р – n переходов с различным по знаку ТКН удается получить стабилитроны с ТКН не более 0.000 5 % / С в широком диапазоне температур. Такие стабилитроны применяются в ис – – точниках эталонного напряжения вместо нормальных элементов. Ряд стабилитронов используется в импульсных режимах и применяется для стабилизации амплитуды импульсов, их ограничения, а также для защиты входов чувствительных устройств от перегрузок по напряжению. Наряду со стабилитронами, имеющими несимметричную ВАХ, выпускаются двуханодные стабилитроны, имеющие симметричную ВАХ. Они применяются в качестве элементов для двустороннего ограничения напряжения и могут использоваться так же и как опорные стабилитроны. [14]

Стабилитроном называется полупроводниковый диод, предназ­наченный для стабилизации напряжения, напряже­ние на котором в области электрического пробоя при обратном включении слабо зависит от тока в заданном диапазоне.

Стабилитроны работают в режиме электрического пробоя. Под действием сильного поля в области р-п-перехода обратный ток резко возрастает при малых изменениях приложенного напряжения. Эту особенность ВАХ кремниевого диода в области пробоя (рис. 3.3) используют для стабилизации напряжения, а также фиксации уровней напряже­ний и токов в схемах, отсюда другое название кремниевых стаби­литронов – опорные диоды.

Пробивное напряжение определяется шириной обедненной области, т.е. концентрацией легирующих примесей или удельным сопротивлением кристалла полупроводника. Напряже­ние пробоя, являющееся напряжением стабилизации, может из­меняться в широких пределах, от 2,7 до 200 В, в зависимости от удельного сопротивления кремния.

Основные параметры стабилитронов:

Так как реальная ВАХ в области пробоя имеет некоторый на­клон, то напряжение стабилизации зависит от тока стабилизации ( ). Максимальный ток стабилизации ( ) ограничен допустимой мощностью рассеяния ( ) и возможностью перехода электрическо­го пробоя в тепловой, который является, в свою очередь, необрати­мым.

Минимальный ток стабилизации ( ) соответствует началу устойчивого электрического пробоя. При меньших токах в диоде во­зникают шумовые колебания тока, происхождение которых связано с ме­ханизмом лавинного пробоя. Шумы в предпробойной области используются в специальных приборах – полупроводниковых гене­раторах шума.

Дифференциальное сопротивление ( ) характеризует качество стабилизации и определяется углом наклона ВАХ в об­ласти пробоя. Дифференциальное сопротивление серийных прибо­ров возрастает с ростом напряжения стабилизации.

Конструкция стабилитронов аналогична конструкциям выпрямительных дио­дов. Тип корпуса выбирают в зависимости от мощности рассеяния. Основ­ные параметры некоторых отечественных стабилитронов приведе­ны в табл. 3.2.

Напряжение на диоде в области электрического пробоя слабо зависит от протекающего через диод обратного тока. Эта особенность может быть использована для стабилизации напряжения. Полупроводниковые диоды, предназначенные для стабилизации напряжения на основе эффекта слабой зависимости напряжения от тока в области электрического пробоя, называют стабилитронами.

Одним из параметров стабилитрона является напряжение стабилизации U_ст, т.е. напряжение на стабилитроне при протекании заданного тока стабилизации. Током стабилизации называется значение обратного тока диода в режиме электрического пробоя, ограниченное значениями I_ст.мин. и I_{ст.макс.} (рис.10.4). Первое из этих предельных значений, I_ст.мин, т.е. минимальное значение тока стабилизации, при котором обеспечивается заданная надежность, определяется условиями наступления и развития электрического пробоя. Второе значение – I_{ст.макс}, определяется значением максимально допустимой рассеиваемой мощности стабилитрона Р_макс.

Промышленность выпускает стабилитроны с напряжением стабилизации от 3 до 200 В. Поскольку напряжение пробоя определяется шириной p-n перехода, а последняя связана с концентрацией примесей в базе диода, низкие значения U_ст (»7В) характерны для узких p-n переходов, в которых определяющую роль играет туннельный пробой. Более высокие значения U_ст характерны для широких p-n переходов, в которых определяющую роль играет лавинный пробой.

При необходимости стабилизировать высокие напряжения применяется последовательное соединение стабилитронов.

Напряжение стабилизации зависит от температуры (рис.10.4), причем по-разному для стабилитронов с туннельным и лавинным пробоями.

Напряжение лавинного пробоя обратно пропорционально квадрату длины свободного пробега СНЗ. Так как при сравнительно малой концентрации примесей в базе диода (что характерно для лавинных стабилитронов) рассеяние СНЗ происходит главным образом на тепловых флуктуациях плотности атомов основного вещества, то с ростом температуры длина свободного пробега будет уменьшаться. Соответственно, напряжение стабилизации с ростом температуры возрастает.

В стабилитронах с туннельным пробоем одним из определяющих факторов развития пробоя является, согласно (10.15), высота потенциального барьера, т.е. ширина запрещенной зоны. Поскольку ширина запрещенной зоны германия и кремния уменьшается с ростом температуры, то соответственно уменьшается напряжение стабилизации.

Температурная зависимость напряжения стабилизации характеризуется температурным коэффициентом напряжения стабилизации (ТКН) a_ст. ТКН определяется как частное от деления относительного изменения напряжения стабилизации к вызвавшему его изменению температуры

(10.21)

и выражается, чаще всего, в %/ 0 С. Использование в качестве стабилитронов систем из встречновключенных p-n переходов с ТКН противоположных знаков, позволяет снизить результирующий ТКН до очень малых значений (тысячные доли процента на 0 С).

Стабилизирующие свойства стабилитронов характеризуются так называемым коэффициентом качества Q_ст, который определяется как отношение дифференциального сопротивления стабилитрона r_ст к его статическому сопротивлению R_стат.

Коэффициент качества можно рассматривать как отношение относительного изменения напряжения стабилизации к относительному изменению тока стабилизации. Действительно,

Кроме параметров, отмеченных выше, для стабилитронов существенны еще следующие параметры:

ü Максимально допустимое постоянное обратное напряжение U_{обр.макс};

ü Максимально допустимое импульсное обратное напряжение U_{обр(и)макс};

ü Максимально допустимый импульсный ток стабилизации I_{ст(и)макс};

ü Полная емкость стабилитрона С и эквивалентная индуктивность L;

ü Временная нестабильность напряжения стабилизации dU_ст за заданный промежуток времени;

ü Максимально допустимая импульсная мощность стабилитрона Р_и.макс, которая определяется при заданных скважности и длительности импульса;

ü Спектральная плотность шума стабилитрона s_ш.ст, определяемая как эффективное значение напряжения шума, отнесенное к полосе 1 Гц в оговоренном диапазоне частот при заданном токе стабилизации.

По конструкции и технологии изготовления стабилитроны подобны выпрямительным диодам и могут использоваться вместо последних.

На рис. 10.5 приведена схема простейшего стабилизатора напряжения.

Сопротивление балластного резистора R_бал подбирается таким образом, чтобы при заданном номинальном значении входного напряжения U_вх, ток стабилизации диода примерно равнялся среднему значению между I_ст.мин и I_{ст.макс}. Обозначив это значение тока стабилизации как I_ст.0, на основании правил Кирхгофа, получим:

(10.22)

Где U_вх.0 – номинальное напряжение входного напряжения, U_ст.0 – напряжение стабилизации при токе стабилизации I_ст.0, R_стат.0 – статическое сопротивление стабилитрона при том же токе.

Отклонение входного напряжения от номинального напряжения на величину ΔU_вх, вызовет изменение тока стабилизации на величину ΔI_ст и напряжения стабилизации на величину ΔU_ст. В режиме медленно изменяющегося напряжения, стабилитрон может быть представлен резистором с сопротивлением равным дифференциальному сопротивлению стабилитрона r_ст, так как влиянием емкости в этом случае можно пренебречь. Тогда, на основании тех же правил Кирхгофа, получим:

(10.23)

Учитывая, что обычно R_н >> r_ст и R_н >> r, получим приближенное равенство:

(10.24)

Коэффициентом стабилизации К_ст называют величину, равную частному от деления относительного изменения входного напряжения на относительное изменение выходного напряжения, т.е. напряжения стабилизации. Учитывая (10.22) и (10.24), найдем

(10.25)

Коэффициент стабилизации возрастает с ростом сопротивления нагрузки, ростом входного напряжения и в предельном случае равен обратному значению коэффициента качества стабилитрона. Увеличение входного напряжения приводит к увеличению потерь мощности источника питания на балластном сопротивлении, поэтому входное напряжение выбирают так, чтобы оно превышало U_ст не более чем в два, три раза.

Малая величина коэффициента стабилизации при малом значении сопротивления нагрузки и сильная его зависимость от сопротивления нагрузки являются причиной того, что описанные стабилизаторы используются преимущественно как датчики высокостабильного опорного напряжения, работающие на высокоомную нагрузку в более сложных транзисторных стабилизаторах напряжения.

Контрольные вопросы:

1. Какое состояние перехода называется пробоем?

2. Нарисуйте и объясните характеристики лавинного, туннельного и теплового пробоя.

3. Что такое стабилитрон? Нарисуйте ВАХ стабилитрона и объясните ее.

4. Назовите основные параметры стабилитрона.

5. Изобразите простейшую схему стабилизатора напряжения и поясните принцип ее работы.

Лекция 11. Типы диодов.

Дата добавления: 2014-01-06 ; Просмотров: 1720 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

3 что такое температурный коэффициент напряжения

Ознакомиться с основными фотометрическими величинами; ознакомиться с принципом работы фотометра; проверить выполнение закона Ламберта для источника света

Общие сведения

Стабилитроны предназначены для стабилизации напряжения на нагрузке при изменении питающего напряжения или сопротивления нагрузки, для фиксации уровня напряжения и т. д. Полупроводниковый стабилитрон представляет собой плоскостной диод, выполненный из сильно легированного кремния. Для стабилитронов рабочим является участок электрического пробоя ВАХ в области обратных напряжений рис. 1,а. На этом участке напряжение на диоде остается практически постоянным при изменении тока через диод.

Вольт-амперная характеристика стабилитрона представлена на рис. 1,а. В рабочей области вольт-амперную характеристику стабилитрона можно аппроксимировать выражением:

Для стабилизации малых напряжений (до 1В) используют стабисторы- кремниевые диоды, у которых для стабилизации используется прямая ветвь ВАХ. Основные параметры стабилитрона:

Номинальное напряжение стабилизации \(U_<ст>\) ном — напряжение на стабилитроне в рабочем режиме (при заданном токе стабилизации).

Минимальный ток стабилизации \(I_<ст.min>\) — наименьшее значение тока стабилизации, при котором режим пробоя устойчив.

Максимально допустимый ток стабилизации \(I_<ст.max>\) — наибольший ток стабилизации, при котором нагрев стабилитронов не выходит за допустимые пределы.

Дифференциальное сопротивление rдиф — отношение приращения напряжения стабилизации к вызывающему его приращению тока стабилизации: \(r_<диф>\)= \(\Delta U_ <ст>/ \Delta I_<ст>\).

Температурный коэффициент напряжения стабилизации- отношение относительного изменения напряжения стабилизации к абсолютному изменению температуры окружающей среды: \(ТКН_ <ст>=\Delta U_ <ст>/(U_ <ст>\Delta T)\).

Источник