СТАБИЛИТРОН С РЕГУЛИРОВКОЙ РАБОЧЕГО ТОКА Российский патент 2007 года по МПК H01L29/68 

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к полупроводниковым переходным приборам, в частности к стабилитронам с регулировкой рабочего тока, и может быть использовано в многопереходных полупроводниковых приборах - биполярных транзисторах или тиристорах.

Уровень техники

Известен полупроводниковый стабилитрон, выполненный в виде триодной структуры типа n-р-n, при этом в коллекторном переходе структуры создан стабилитронный участок одного с базой типа проводимости, площадь которого и напряжение пробоя меньше площади и напряжения пробоя всего коллекторного перехода и который расположен на меньшей глубине от поверхности структуры со стороны коллектора, чем весь коллекторный переход (см. а.с. СССР №176988, кл. H01L 29/36).

Недостатком данного стабилитрона является невысокая мощность и надежность.

Известен реверсивно-управляемый прибор транзисторного типа, представляющий собой n⁺pnn⁺-структуру без управляющего электрода, крайние n⁺-слои которой легированы равномерно по площади до концентрации 10²⁰-10²¹ см^-3, а базовый р-слой на границе с n⁺ эмиттерным слоем имеет концентрацию примеси 10¹⁶-10¹⁷ см^-3, что обеспечивает высокий коэффициент инжекции n⁺р-эмиттерного перехода и, следовательно, большой коэффициент усиления транзистора (см. Грехов И.В., Костина Л.С., Наливкин А.В. Мощный прибор ключевого типа - реверсивно-управляемый транзистор. ЖТФ, т.56, №2, 1986, с.351).

Недостатком данного прибора является то, что при подаче импульса накачки коэффициент инжекции прямосмещенного коллекторного pn-перехода мал и при большой плотности тока накачки появляется значительный электронный ток через потенциальный барьер коллекторного pn-перехода в р-базовый слой. Это ограничивает допустимую величину прямого тока через прибор и усложняет схему управления.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятый автором за прототип является стабилитрон с регулировкой рабочего тока, содержащий соединенные последовательно между собой источник питания, сопротивление нагрузки, ограничительное сопротивление в цепи нагрузки (см. Ю.В.Виноградов. Электронные приборы, 1977, с.75-79, 100-101).

Недостатком данного стабилитрона является невысокая надежность и нестабильное напряжение питания нагрузки.

Раскрытие изобретения.

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения сводится к стабильному поддержанию напряжения питания нагрузки, возможности управления рабочим током и упрощению схемы управления.

Технический результат достигается с помощью стабилитрона с регулировкой рабочего тока, содержащего соединенные последовательно между собой источник питания, сопротивление нагрузки, ограничительное сопротивление в цепи нагрузки, при этом он снабжен триодным стабилитроном, включенным параллельно сопротивлению нагрузки и ограничительным сопротивлением, включенным между базой и коллектором триодного стабилитрона.

Краткое описание чертежей.

На фиг.1 дан стабилитрон с регулировкой рабочего тока, функциональная схема.

На фиг.2, то же, график семейства характеристик рабочего тока стабилитрона от величины управляющего тока базы.

Осуществление изобретения.

Стабилитрон с регулировкой рабочего тока содержит соединенные между собой источник питания 1 постоянного тока, напряжение которого должно стабилизироваться, сопротивление нагрузки 2, триодный стабилитрон 3, включенный параллельно нагрузке 2, ограничительное сопротивление 4, включенное между базой и коллектором триодного стабилитрона 3, при этом с его помощью проводится управление рабочим током триодного стабилитрона 3, ограничительное сопротивление 5 в цепи нагрузки, которое служит для ограничения тока в цепи нагрузки при критических значениях параметров цепи, разветвительные узлы 6 и 7 тока.

Стабилитрон представляет собой полупроводниковую структуру с двумя взаимодействующими р-n-переходами, где выходной р-n-переход работает в режиме стабилизирующего электрического пробоя и имеет три электрода: эмиттер, базу и коллектор, два р-n-перехода: эмиттер-базу и базу-коллектор. Коллекторный переход стабилитрона по физическим условиям работы может переходить в режим работы стабилитроном на определенное напряжение стабилизации. При рабочих напряжениях триодного типа стабилитрона меньше напряжения стабилизации стабилитрона, триодный тип стабилитрона работает как обычный полупроводниковый биполярный усилительный прибор. В отличие от диодного типа стабилитрона динамическое сопротивление триодного типа стабилитрона меняется в зависимости от изменения тока базы. Чем больше базовый ток триодного типа стабилитрона, тем меньше динамическое сопротивление прибора. Материал структуры прибора имеет разную проводимость: эмиттер-дырочную (р-тип); база-электронную (n-тип); коллектор-дырочную (р-тип).

Стабилитрон с регулировкой рабочего тока эксплуатируется следующим образом.

Подключается стабилитрон следующим образом.

"Плюс" источника 1 постоянного тока к эмиттеру, "минус" источника 1 постоянного тока к коллектору, база стабилитрона через ограничительное сопротивление 4 к "минусу" источника 1 постоянного тока. Пути прохождения электрического тока. Положительный заряд с "плюса" источника 1 постоянного тока (далее "плюс") поступает на ограничительное сопротивление 5 и, пройдя его, попадает на разветвительный узел 6, с последнего ток поступает на нагрузку 2 цепи, с нагрузки 2 ток поступает на разветвительный узел 7. Второй путь прохождения тока такой: "плюс" источника 1 постоянного тока поступает на ограничительное сопротивление 5 и, пройдя его, попадает на разветвительный узел 6, с последнего ток поступает на входной электрод - эмиттер триодного стабилитрона 3 и далее на выходной электрод - коллектор триодного стабилитрона 3, с коллектора ток поступает на разветвительный узел 7 и затем на "минус" источника 1 постоянного тока. Для включения в рабочий режим триодного стабилитрона 3 на вывод базы подают отрицательный потенциал, меньший, чем потенциал на коллекторе. Технически это достигается включением между коллектором и базой триодного стабилитрона 3 ограничительного сопротивления 4. Между распределительными узлами 6 и 7 триодный стабилитрон 3 поддерживает стабильное напряжение питания нагрузки 2.

На графике дано семейство характеристик рабочего тока стабилитрона от величины управляющего тока базы.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:

- стабильное поддержание напряжения питания нагрузки;

- управление рабочим током;

- упрощение схемы управления.

Изобретение относится к полупроводниковым переходным приборам, в частности к стабилитронам с регулировкой рабочего тока, и может быть использовано в многопереходных полупроводниковых приборах - биполярных транзисторах или тиристорах. Техническим результатом изобретения является стабильное поддержание напряжения питания нагрузки, возможность управления рабочим током и упрощение схемы управления. Сущность изобретения: стабилитрон с регулировкой рабочего тока содержит соединенные последовательно между собой источник питания, сопротивление нагрузки, ограничительное сопротивление в цепи нагрузки. Стабилитрон снабжен триодным стабилитроном, включенным параллельно сопротивлению нагрузки, и ограничительным сопротивлением, включенным между базой и коллектором триодного стабилитрона. 2 ил.

Стабилитрон с регулировкой рабочего тока, содержащий соединенные последовательно между собой источник питания, сопротивление нагрузки, ограничительное сопротивление в цепи нагрузки, отличающийся тем, что он снабжен триодным стабилитроном, включенным параллельно сопротивлению нагрузки, и ограничительным сопротивлением, включенным между базой и коллектором триодного стабилитрона.