Стабилитрон – это полупроводниковый диод, изготовленный из слабо легированного кремния, который применяется для стабилизации постоянного напряжения. ВАХ стабилитрона при обратном смещении имеет участок малой зависимости напряжения от тока протекающего через него. Этот участок возникает за счёт электрического пробоя (рис. 1.5). На участке 1-2 напряжение на диоде остается практически постоянным при изменении тока через диод.
Стабилитрон характеризуется следующими параметрами:
Номинальное напряжение стабилизации Uст. ном — номинальное напряжение на стабилитроне в рабочем режиме (при заданном токе стабилизации);
номинальный ток стабилизации Iст.ном – ток через стабилитрон при номинальном напряжении стабилизации;
минимальный ток стабилизации Iст min — наименьшее значение тока стабилизации, при котором режим пробоя устойчив;
максимально допустимый ток стабилизации Iст max —
наибольший ток стабилизации, при котором нагрев стабилитронов не выходит за допустимые пределы.
Дифференциальное сопротивление гст — отношение приращения напряжения стабилизации к вызывающему его приращению тока стабилизации: гст=DUст /DIст.
ТКН – температурный коэффициент напряжения стабилизации:
,
– относительное изменение напряжения на стабилитроне приведённое к одному градусу. U ст.ном. < 5В – при туннельном пробое.
U ст.ном. > 5В – при лавинном пробое.
К параметрам стабилитронов также относят максимально допустимый прямой ток Imax, максимально допустимый импульсный ток Iпр.и max, максимально допустимую рассеиваемую мощность Р max.
Параметрический стабилизатор напряжения (рис.9.). Он служит для обеспечения постоянства напряжения на нагрузке (Uн) при изменении постоянного напряжения питания (Uпит) или сопротивления нагрузки (Rн).
|
|
Нагрузка (потребитель) включена параллельно стабилитрону. Ограничительное сопротивление (Rогр) служит для установления и поддержания правильного режима стабилизации. Обычно Rогр рассчитывают для средней точки ВАХ стабилитрона (рис.5).Схема обеспечивает стабилизацию напряжения за счёт перераспределения токов I VD и I Н
Проведем анализ работы схемы.
По второму закону запишем соотношение:
Uпит = (I VD + I Н) Rогр+ U н
Изменение напряжения питания на DUпит, приводит к появлению приращения напряжению на нагрузке на D U н и токов D I VD =D U н/rст, D I Н=D U н/ Rн. Запишем исходное уравнение относительно приращений:
DUпит = (D U н/rст + D U н/ Rн) Rогр+D U н = D U н(1/rст + 1/Rн) Rогр+D U н.
Разрешим его относительно D U н, получим
D U н = D U н/[1+ Rогр/rст + Rогр/Rн.]
Поскольку Rогр/rст велико, то D U н мало. Чем больше Rогр и меньше rсттем меньше изменения выходного напряжения.
Расчёт схемы (обычно задано U пит. и R Н):
1) Выбор стабилитрона VD1 из условий: 
и I ст.ном.> I н.
2) Расчет 
Разновидности стабилитронов:
1. Прецизионные. Они имею малое значение ТКН и нормированную величину U ст.ном. Малое ТКН достигается путем включения последовательно со стабилитроном (VD2), имеющим положительный ТКН диоды (VD1) в прямом направлении, ТКН которого отрицателен. Поскольку общий ТКН равен их сумме, то он оказывается малым по величине.
2. Двуханодный стабилитрон. Он состоит из двух стабилитронов включенных встречно-последовательно и применяется для стабилизации амплитуды переменных напряжений.
|
|
Стабисторы – это полупроводниковые диоды в которых для стабилизации напряжения используется прямая ветвь ВАХ. В таких диодах база сильно легирована примесями (rб→0), а потому их прямая ветвь практически идет вертикально. Параметры стабистора аналогичны параметрам стабилитрона. Они применяются для стабилизации малых напряжений (U ст.ном. ≈0.6В).), ток стабисторов – от 1мА до нескольких десятков мА и отрицательный ТКН.
Варикапы
Варикап - это полупроводниковый диод, предназначенный для использования в качестве конденсатора, емкость которого зависит от величины обратного напряжения.При увеличении обратного напряжения емкость варикапа уменьшается по закону
(1-10)
где 
— емкость диода при нулевом обратном напряжении, здесь Sp-n – площадь р-n-перехода, lp-n – ширина р-n-перехода; φк — контактная разность потенциалов; n— коэффициент, зависящий от типа варикапа (n= 1/2- 1/З); U – обратное напряжения на варикапе.
Условное обозначение варикапа и график зависимости С(u) приведены на рис..
Варикап, предназначенный для умножения частоты сигнала, называют варактором.
К основным параметрам варикапа относят:
1. Общая емкость варикапа Св – емкость, измеренная при определенном обратном напряжении (измеряется при U =5В и составляет десятки – сотни рФ)
коэффициент перекрытия по емкости Кп =Св max/Св min— отношение емкостей варикапа при двух крайних значениях обратного напряжения (Кп=5-8 раз);
2. добротность варикапаQ=Хс/rп где Xc – реактивное сопротивление варикапа; rп– сопротивление активных потерь;
3. обратный ток варикапа 1обр — постоянный ток, протекающий через варикап в обратном направлении при заданном обратном напряжении.
|
|
К параметрам предельного режима относят максимально допустимое постоянное обратное напряжение Uобр mах и максимально допустимую рассеиваемую мощность Рmах
Варикапы обычно используют для электронной перестройки резонансной частоты колебательных контуров. Схема включения варикапа показана на рис.;Lк - катушка индуктивности контура и C (U) – емкость контура - ёмкость варикапа; 
- резонансная частота колебательного контура; Ср и Lр – разделительные конденсатор и катушка индуктивности,. Ср - устраняет шунтирования варикапа индуктивностью по постоянному току Ср>>Cк, Lр.- устраняет шунтирование колебательного контура по переменному сигналу; R – переменный резистор, для установки необходимого напряжения на варикапе.
Недостатком такой схемы является то, что емкость варикапа зависит не только от управляющего напряжения U, но и зависит от амплитуды высокочастотного напряжением на контуре. Этот недостаток устраняется в схеме рис. 3.5 б. Здесь два варикапа включены встречно-последовательно. При этом высокочастотное напряжение контура приложено к ним в разной полярности и на общую емкость не влияет.
2.9. Туннельные и обращенные диоды
На границе сильно легированных (вырожденных) p-n структур с концентрацией примеси 
имеет место туннельный эффект. Он проявляется в том, что при прямом смещении на ВАХ появляется спадающий участок с отрицательным сопротивления рис.. На этом участке (участок АВ) дифференциальное сопротивление становится отрицательным Rдиф = DU/DI|АВ=r- <0. Пунктиром на графике показана ВАХ диода.
Это позволяет использовать такой диод в усилителях и генераторах электрических колебаний в диапазоне СВЧ, а также в импульсныхустройствах. Качество диода определяют протяженность и крутизна «падающего» участка ВАХ. Частотные свойства диода, работающего при малых уровнях сигнала на участке с отрицательным дифференциальным сопротивлением, определяются параметрами элементов эквивалентной схемы (рис. 1.6,6). Активная составляющая полного сопротивления имеет отрицательный знак вплоть до частоты
fR=((rдиф/Rп)-1)1/2/(2prдифC) (1.11)
При малых значениях обратного смещении ток туннельного диода резко возрастает. Это связанно с туннельным пробоем, возникающим при высокой концентрации примесей.
Основные параметры туннельного диода следующие: пиковый ток I п — прямой ток в точке максимума ВАХ; ток впадины IВ — прямой ток в точке минимума его характеристики, отношение токов Iп/Iв; напряжение пика U п — прямое напряжение, соответствующее току пика; напряжение впадины UВ — прямое напряжение, соответствующее току впадины; напряжение раствора Up — прямое напряжение, большее напряжения впадины, при котором ток равен пиковому; индуктивность LД — полная последовательная индуктивность диода при заданных условиях; удельная емкость Сд/Iп — отношение емкости туннельного диода к пиковому току; дифференциальное сопротивление гдиф — величина, обратная крутизне ВАХ; резонансная частота туннельного диода f о — расчетная частота, при которой общее реактивное сопротивление р-n-перехода и индуктивности корпуса туннельного диода обращается в нуль; предельная резистивная частота fR — расчетная частота, при которой активная составляющая полного сопротивления последовательной цепи, состоящей из р-n-перехода и сопротивления потерь, обращается в нуль; шумовая постоянная туннельного диода Кш — величина, определяющая коэффициент шума диода; сопротивление потерь туннельного диода Rn — суммарное сопротивление кристалла, контактных присоединений и выводов.
К максимально допустимым параметрам относят максимально допустимый постоянный прямой ток туннельного диода Iпр max, максимально допустимый прямой импульсный ток I пр.и max максимально допустимый постоянный обратный ток Iобр mах, максимально допустимую мощность СВЧ Р свч mах, рассеиваемую диодом.
Схема генератора гармонических колебаний на ТД приведена на рис.. Назначение элементов: R1, R2 – резисторы, задают рабочую точку туннельного диода на середине участка ВАХ с отрицательным сопротивлением; Lk, Ck – колебательный контур; Сбл - ёмкость блокировочная, по переменной составляющей она подключает туннельный диод параллельно к колебательному контуру.
Туннельный диод, включённый параллельно колебательному контуру компенсирует своим отрицательным сопротивлением сопротивление потерь колебательного контура, а потому колебания в нем могут продолжаться бесконечно долго.
Обращенные диоды являются разновидностью туннельных диодов. В них концентрация примесей несколько меньше чем в туннельных. За счет этого у них отсутствует участок с отрицательным сопротивлением. На прямой ветви до напряжений 0,3-0,4В имеется практически горизонтальный участок с малым прямым током (рис..), в то время как ток обратной ветви начиная с малых напряжений, за счет туннельного пробоя, резко возрастает. В этих диодах, для малых переменных сигналов, прямую ветвь можно считать не проводящей ток, а обратную – проводящей. Отсюда и название этих диодов.
Обращенные диоды используются для выпрямления СВЧ сигналов малых амплитуд (100-300)мВ.