Полупроводниковый стабилитрон — полупроводниковый диод, напряжение на котором в области электрического пробоя слабо зависит от тока и который служит для стабилизации напряжения.

Вольт-амперная характеристика стабилитрона приведена на рис. 1.16. Как видно, в области пробоя напряжение на стабилитроне U_ст лишь незначительно изменяется при больших изменениях тока стабилизации I_ст.

Такую характеристику стабилитрона исполь­зуют для получения стабильного напряжения, например в параметрических стабилизаторах напряжения.

Основными параметрами стабилитрона являются: напряжение на участке стабилизации U _ст; динамическое сопротивление на участке стабилизации R_Д=dU_СТ/dI_cт; минимальный ток стабилизации I_{ст min}; максимальный ток стабилизации I_{ст mах}; температурный коэффициент напряже­ния на участке стабилизации

ТКU= (dU_СТ/dT)∙100.

Напряжение на участке стабилизации современных стабилитронов лежит в пределах 1— 1000 В и зависит от толщины запирающего слоя p-n-перехода. Участок стабилизации расположен на характеристике стабилитрона от I_{ст min} до I_{ст mах} ; I_{ст min} ≈ 1÷10 мА, I_{ст mах} ≈ 50 ÷2000 мА. Значение минималь­ного тока I_{ст min} ограничено нелинейным участком характеристики стабилитрона, значение максимального тока I_{ст mах}— допустимой температурой полупроводника

На участке стабилизации R_д ≈ соnst, для большинства стабили­тронов R_д=0,5÷200 Ом. Важным параметром стабилитрона явля­ется температурный коэффициент напряжения ТКU который показывает, на сколько процентов изменится напряжение стаби­лизации при изменении температуры полупроводника на 1 ºС. Для большинства стабилитронов ТКU = (-0,05 ÷ + 0,2)%/°С. При этом отрицательным ТКU обладают стабилитроны с низким на­пряжением стабилизации (U_ст≤6,0 В).

Путем последовательного соединения в процессе изготовления р-n-переходов с различными по знаку ТКU удается получить ста­билитроны с очень низким температурным коэффициентом напря­жения. Так, у прецизионного стабилитрона КС196В ТКU = ±0,0005%/°С в диапазоне температур от - 60 до +60°С. Такие стабилитроны применяют в стабилизаторах напряжения, например в автоматических потенциометрах, предназначенных для измерения постоянных напряжений и токов.

Стабилизацию постоянного напряжения можно также получить с помощью диода, включенного в прямом направлении. Кремние­вые диоды, предназначенные для этой цели, называют стабисторами.Для изготовления стабисторов применяют кремний с большой концентрацией примесей, что необходимо для получения меньшего динамического сопротивления при прямом включении. Кроме того, при большей концентрации примесей в исходном кремнии меньше температурные изменения прямой ветви вольт-амперной характеристики диода, что обеспечивает меньший температурный коэффи­циент напряжения стабилизации стабистора. Отличительной осо­бенностью стабисторов по сравнению со стабилитронами является меньшее напряжение стабилизации (~0,7 В).

Стабилитроны допускают последовательное включение, при этом общее напряжение стабилизации равно сумме напряжений стаби­литронов: U_ст = U_ст1+ U_ст2+ U_ст3+...+ U_стn.

Параллельное соединение стабилитронов недопустимо, так как из всех параллельно соединенных стабилитронов ток будет только в одном стабилитроне, имеющем наименьшее напряжение стабили­зации.

Конструктивное исполнение стабилитронов аналогично выпря­мительным диодам.

Туннельный диод — полупроводнико­вый диод на основе вырожденного полу­проводника, в котором туннельный эффект приводит к появлению на вольт-амперных характеристиках при прямом напряжении участка с отрицательной дифференциаль­ной электрической проводимостью (кри­вая 2 на рис. 1.17).

Материалом для туннельных ди­одов служит сильнолегированный германий или арсенид галлия.

Основными параметрами туннельного диода являются ток пика I_п (рис. 1.17, кривая 1) и отношение тока пика к току впадины I_п/I_в. Для выпускаемых диодов I_п=0,1÷ 1000 мА и I_п/I_в=5÷20.

Туннельные диоды являются быстродействующими полупровод­никовыми приборами и применяются в генераторах высокочастот­ных колебаний и импульсных переключателях.

Обращенный диод — диод на основе полупроводника с критической концент­рацией примесей, в котором электрическая проводимость при обратном напряже­нии вследствие туннельного эффекта значительно больше, чем при прямом на­пряжении.

Обращенные диоды представляют собой разновидность туннель­ных диодов, у которых ток пика I_п=0 (рис. 1.17, кривая 2). Если к обращенному диоду приложить прямое напряжение U_пр≤0,3 В, то ток диода I_пр≈0. В то же время даже при небольшом обратном напряжении (порядка десятков милливольт) обратный ток достигает нескольких миллиампер. Таким образом, обращенные диоды обла­дают вентильными свойствами при малых напряжениях именно, в той области, где выпрямительные диоды обычно вентильными свой­ствами не обладают. При этом направлением наибольшей проводи­мости является направление, соответствующее обратному току.

Варикап — полупроводниковый диод, в котором используется зависимость емкости p-n-перехода от обратного напряжения и который предназначен для применения в качестве элемента с электрически управляемой емкостью.

В качестве полупроводникового материала для изготовления варикапов служит кремний. Зависимость емкости варикапа от обратного напряжения показана на рис. 1.18.

Основными параметрами варикапа являются общая емкость С_в, которая фиксируется обычно при небольшом обратном напря­жении U_обр=2÷5 В, и коэффициент перекрытия по емкости К_с = С_таx / С_min. Для большинства выпускаемых ва­рикапов С=10÷500 пФ и K_с=5÷20.

Варикапы применяют в системах дистанционного управления и авто­матической подстройки частоты и в параметрических усилителях с малым уровнем собственных шумов.

Фотодиоды, полупроводниковые фо­тоэлементы и светодиоды. В этих трех типах диодов используется эф­фект взаимодействия оптического из­лучения (видимого, инфракрасного или ультрафиолетового) с носителями заряда (электронами и дырками) в запирающем слое р-n-перехода.

В фотодиоде в результате освещения р-n-перехода повышается обратный ток. В полупроводниковом фотоэлементе при освещении p-n-перехода возникает обратное напряжение. В светодиоде в режиме прямого тока в зоне р-n-перехода возникает видимое или инфракра­сное излучение.

Фотодиоды, полупроводниковые фотоэлементы и светодиоды подробно рассмотрены в последующих главах.

В последнее время появились еще два типа диодов: магнитодиоди тензодиод.

Магнитодиод — полупроводниковый диод, в котором используется изменение вольт-амперной характеристики под действием магнитного поля,

В качестве магнитодиодов используют выпрямительные диоды на основе германия или кремния с увеличенной толщиной полупро­водникового материала. Основным параметром магнитодиода явля­ется его чувствительность

γ = ∆U_пр/(∆BI), (1.4)

где ∆Uи ∆B- -приращение соответственно прямого напряжения и магнитной индукции. Диапазон значений γ=(10÷50)∙ 10³В/(Тл∙мА).