Stabilitron bu ters birikdirilende işlemesini bes edýän (proboý berýän) ýarymgeçiriji dioddyr. Wolt-amper häsiýetnamasynda, naprýaženiýanyň moduly käbir $U_s$-den uly bahalarda tok birden artýan bolup görünýär. Eger stabilitrona $\mathcal{E} > U_s$ naprýaženiýaly ideal DÄL naprýaženiýe çeşmesi birikdirilse, onda stabilitrondaky naprýaženiýe barybir $U_s$ bolar. Bu naprýaženiýa stabilizasiýa naprýaženiýesi diýilýär. Ýagny ony stabilizator (sazlaýjy) hökmünde ulanyp bolýar.
Ýarymgeçirijiniň işleýiş prinsipine kremniýniň mysalynda seredeliň. Arassa kremniýde daşky gatlakdaky ähli dört elektron hem atom bilen baglanyşykly ýagdaýda ýerleşýär (walent elektronlar). Olaryň energiýasyny nol hökmünde belläliň. Özem, käbir walent elektrony erkin etjek bolsak (ýagny, kremniý boýunça erkin hereket eder ýaly), onuň energiýasy $E_G$-den uly bolar ýaly, ony “oýandyrmaly”. Özem elektronlar aralykdaky energiýalara eýe bolup bilenoklar: ýa nol, ýa-da $E=E_G+K$, bu ýerde $K$ - kinetik energiýa. $E_G$ energiýa gadagan zolagyň energiýasy diýlýär.
Otag temperaturasynda $E_G$ energiýa $k_BT$ ýylylyk energiýasyndan has uly bolup çykýar, şonuň üçin arassa kremniýde ähli elektronlar walentdirler, we şonuň üçin arassa kremniý togy pes geçirýär.
Ýarymgeçirijileri garyndylar bilen üýtgedilýär. Meselem, kremniý gözenegine fosfor atomlary goşulsa, biz erkin elektronlary döredýäris (walent elektronlaryň sany üýtgemän galýar). Şeýle ýarymgeçirilerde elektronlar zarýady äkidijiler bolup hyzmat edýär, we otrisatel zarýada eýedirler. Şonuň üçin şeýle ýarymgeçirijiler $n$ tipli ýarymgeçirijilerdir (negative).
Boruň atomlaryny hem goşup bolýar, beýle ýagdaýda biz walent elektronlary alýarys. Ýöne muňa başgaça hem seredip bolar: Walent elektronlaryň mukdary öňki ýaly galdy, ýöne käbirleriniň ýerine (hakykatda walent elektronlar bolmadyk ýerlerde) položitel zarýadlary goýduk, olary deşijekler diýip atlandyrarys. Deşijekler zarýadyň erkin äkidijileri bolup, olar položitel zarýada eýedirler, şonuň üçin şeýle ýarymgeçirijiler $p$ tipli ýarymgeçirijilerdir (positive).
Ýarymgeçiriji diod bu her ýarysy dürliçe üýtgedilen, bir ýarysy $n$ tipli, beýleki ýarysy $p$ tipli ýarymgeçiriji bolan ýarymgeçiri bölekdir. Ýarymgeçiriji diodyň ähli möhüm häsiýetleri (meselem çyzykly däl wolt-amper häsiýetnamasy) $p$ oblastdan $n$ oblasta geçiş bolýan ýerdäki prosesler bilen kesgitlenilýär.
ÜNS BERIŇ! Diodyň göni birikdirilmesi bu tok $p$ oblastdan $n$ oblasta akandaky birikdirilmedir. Stabilitronda $n$ oblast gara halka bilen bellenen.
Onda, tutuş mesele boýunça serediljek ters birikme bolsa, položitel naprýaženiýany gara halka tarapa birikdirmekdir.
Stabilitronyň proboýy üç mehanizm arkaly bolup biler:
Harsaň we tunel mehanizmi bilelikde işleýärler. bu mehanizmleriň anyk bir stabilitronyň proboýynyň häsiýetnamasyna goşantlarynyň gatnaşygy onuň stabilizasiýa naprýaženiýasyna baglydyr.
Harsaň proboýyň mehanizmine has içgin seredeliň. $pn$-geçelgäniň töwereginde elektrik meýdany beýleki göwrümdäkiden has uly bolýar. Naprýaženiýanyň ählisi diýen ýaly $pn$ geçelgä düşýär we zarýad äkidijileri tizlenmeli hereket edýärler. Elektrik meýdany bilen täsirleşme güýjünden başga ähli güýji hasaba almarys.
Eger kinetik energiýasy $K>E_G$ bolan nähilidir bir bölejik ýarymgeçirijiniň içinde hereket edýän bolsa, onda ol käbir ähtimallyk bilen atoma «urulyp» bilýär we özüniň kinetik energiýasyny walent elektrony oýandyrmaga harçlap bilýär. Şeýle ýagdaýda walent elektronyň deregine erkin elektron we deşijek dörär.
Eger şeýle bölejik bolup elektron ýa-da deşijek çykyş edýän bolsa, onda «urgy» netijesinde zarýadyň bir äkidijisiniň deregine üç äkidiji döreýär.
A1 Geçiriji boýunça hereketde elektron dowamly gözenegiň atomlary bilen «çaknyşýarlar» we «çaknyşmalar» arasyndaky ortaça geçilen ýola $\lambda$ elektronyň erkin ylgaw ýoluny[ uzynlygy diýlýär.
Atoma urulmanka elektronyň $K_e$ kinetik energiýasyny tapyň, eger ondan öňki çaknyşmadan soň onuň energiýasy nol bolsa. Jogabyňyzy $E$ gurşawyň elektrik meýdanynyň güýjenmesi we $e$ elementar zarýad arkaly aňladyň.
Elektron her çaknyşmada täze elektron-deşijek jübütini emele getirer ýaly, $E$ meýdan üçin şerti ýazyň.
Deşikler üçin birmeňzeş mehanizmiň meňzeşligi ýok, sebäbi deşikler effektiw bölejik bolup, hakyky däl.
Hereket deňlemelerinde ulanylmaly elektronyň effektiw massasy (mysal üçin, Nýutonyň ikinji kanuny) $m_e^*$ bilen bellenýär.
Indi tuneliň böwsülmeginiň mehanizmini jikme-jik öwreneris. Bu bölejikleriň kwant tebigatynyň netijesidir. Nusgawy bölejik, energiýa päsgelçiligini uranda, ondan şöhlelenýän bolsa, kwant bölejiginiň bu päsgelçilikden geçmek mümkinçiligi az.
Dengeleyici üzerindeki voltaj arttığında, $p$-yarı iletkenindeki serbest elektronların enerji seviyesi ($n$-yarı iletkenine göre) artar ve tünelleme daha verimli olur. Isıtıldığında, elektronların etkin kütlesi değişir ve kırılma voltajı düşer.
Birlik wagtda $pn$-garyndysyndan geçen $$Z$ elektron sany:
$$Z = \frac{V e^2 E^2 }{18 \pi \hbar^2 } \sqrt{\frac{m_r}{E_G}} \cdot \text{exp}\left( - \frac{\pi \sqrt{m_r E_G^3} }{2 \hbar eE} \right)$$$
Bu ýerde $V$ pn$-geçişiniň göwrümi, $E$ pn$-geçişiniň içindeki elektrik meýdany, $\hbar$ özgerdilen Plank hemişeligi, $E_G$ gadagan zonanyň giňligi, $m_r = \sqrt{\sqrt{\frac{m_p^* m_n^*}{m_p^* +m_n^*}}$ äkidijileriň özgerdilen massasydyr.
Nazary modelleri barlamak üçin, dürli temperaturada üpjün edilen 5 sany zener diodyny öwrenmek teklip edilýär. Zener diodlarynyň $D1-D5$ bellikli baýdaklarynyň bardygyny ýadyňyzdan çykarmaň.
Möhüm bellik!
Для измерений предлагается следующая схема. Выданный резистор номиналом $20~Ом$ обозначен $r$, стабилитрон обозначен $D$. Напряжение на вольтметре $V_1$ обозначим, как $U_0$, на вольтметре $V_2$ обозначим, как $U_r$.
Ölçeg üçin aşakdaky zynjyr teklip edilýär. Berilýän $20~Ом$ rezistory $r$, zener diody $D$ bilen belgilenen. $V_1$ Woltmetrdäki naprýaženiýäni $U_0$, $V_2$ woltmetrdäkini $U_r$ diýip atlandyrýarys.
Baglanyşyň polýarlygyna üns beriň.
Wolt-amper häsiýetnamasyny ölçemäge geçeliň.
Maglumatlary gaýtadan işlemek we saklamak MS Excel-iň kömegi bilen amala aşyrylar. Ölçenen ululyklary elektron tablisalaryna ýazyp bilersiňiz. Emin agzalarynyň işiňizi dogry barlamagy üçin faýllaryň adyny aýdyň we şertlerde görkezilişi ýaly maglumatlary tablisalarda berk ýazyň.
Kompýuteriňiziň iş stolunda « M2 » atly bukja bar. Onda « check.bat », « example.xlsx » faýllary we « First name Second name » bukjasy bar.
Adyňyzy we familiýaňyzy goşmak üçin bu bukjanyň adyny üýtgetmeli bolarsyňyz, ýogsam işiňiz gözden geçirilmez!
Papkanyň adyny üýtgedeniňizden soň açyň. Onda element belgileri bolan bukjalar we « Report.docx » faýly bar.
Kiçi bukjalaryň atlaryny we faýlyň adyny « Report.docx » üýtgetmäň.
Öğenin bir alt klasöründe, tüm doğrudan ölçümler ve daha fazla çözüm ayrı dosyalara kaydedilmelidir. Çözüm dosyaları HER sütunda hangi değerlerin hesaplandığına dair yorumlar içermelidir. Bu yorumların aynısı ilgili madde için cevap kâğıtlarına da YAZILMALIDIR. Çözüm dosyaları «SolX.xlsx» olarak adlandırılmalı, burada $X$ çözülen maddenin adıdır ve o maddenin klasörüne kaydedilmelidir. Yanlış klasörlere kaydedilen çözüm dosyaları kontrol edilmeyecektir. Dolayısıyla, C4 öğesini çözüyorsanız, «C4» klasöründe bir «SolC4.xlsx» dosyası oluşturmalısınız.
«example.xlsx» dosyası ölçümlerin kaydedilmesi için bir şablondur. Ölçülen tüm veriler bu şablona göre tasarlanmalıdır. Yanlış biçimlendirme durumunda dosyalar değerlendirmeye alınmayacaktır! Ölçüm dosyaları «MesX.xlsx» olarak adlandırılmalı ve bu öğenin klasörüne kaydedilmelidir. Ölçüm dosyaları orijinal ölçümler dışında hiçbir şey içermemelidir: stabilitron numarası (sadece rakam), stabilitronun daldırıldığı su sıcaklığı $T$, ölçümler $U_0$ ve $U_r$. Şablona göre tasarlanmamış veya gereksiz veri içeren tüm ölçüm dosyaları değerlendirmeye alınmayacaktır!!!! Bu nedenle, C4 maddesini çözerseniz, «example.xlsx» dosyasını kopyalamanız ve «C4» klasöründe «MesC4.xlsx» olarak yeniden adlandırmanız gerekir.
Aşakda tamamlanan ölçeg faýlynyň we aşakda dogry formatlanan çözgüt faýlynyň mysaly.
Asyl ölçegleriň dogry saklanandygyny barlamak üçin « check.bat » faýlyny işledip bilersiňiz. Executionerine ýetirilenden soň, bu faýl size konsolda aşakdaky setirleri bermeli:
Bir faýl garaşylýan ýalňyşlyklardan ýa-da konsol ýalňyşlyklaryndan haýsydyr birini öndürýän bolsa, bu ähli faýllaryň dizaýn talaplaryna laýyk gelmeýändigini we düzedilmelidigini aňladýar. Faýl haýsydyr bir seriýany öndürmeýän bolsa, bu hem ýazylmandygyny we dogry ýatda saklanmandygyny aňladýar!
Göni ölçeglere geçeliň.
Klasörü adınız ve soyadınızla yeniden adlandırın! - Şablonu (taşımayın!) ölçeceğiniz öğenin klasörüne kopyalayın. «MesX.xslx» olarak yeniden adlandırın. - «MesX.xlsx» dosyasındaki dolu hücrelerin hiçbirini değiştirmeden ve sadece boş hücreleri duruma göre doldurarak, gerekli ölçümleri $U_0,~U_r,~T$ alın ve dosyaya girin. - Bir «SolX.xslx» dosyası oluşturun ve gerekli verileri içine kopyalayın, ardından bunlarla gerekli yeniden hesaplamayı yapın, hem tabloda hem de cevap kağıtlarında eylemleriniz hakkında yorumlar bırakın! - Gerekli grafikleri «Report.docx» dosyasına, bu öğe ve dengeleyici için grafiğiniz için verilen hücreye kaydedin.
C4 Oda sıcaklığında 0 mA$ ile 100~mA$ arasındaki akım aralığında yayınlanan tüm stabilizatörlerin WAH'lerini alın. WAH'ler en az 15 nokta içermeli ve akım aralığını eşit olarak kapsamalıdır. WAH grafiklerini çizin ve grafikleri «Report.docx» içine yapıştırın. Bu öğenin sonucu, orijinal ölçümleri ve sadece onları içeren bir «MesC4.xlsx» dosyası, gerekli yeniden hesaplamanın yapılacağı bir «SolC4.xlsx» dosyası, buna yorumlar ve WAH'lerin grafikleri ve ayrıca «Report.docx» içine kaydedilen grafiklerin görüntüleri olmalıdır.
Belirli bir $U_s$ arıza geriliminden başlayarak diyotun WAH'sinin karakteristik şeklini değiştirdiğini fark etmek zor değildir. Bunun nedeni baskın bozulma mekanizmasının değişmesidir.
Ilki bilen tuneliň böwsülmegine seredeliň:
С6 Bölüm B'de önerilen formülü kullanarak, tünelleme arıza mekanizmasına sahip (yani en düşük açılma gerilimine sahip) diyot için elde edilen bağımlılığı doğrusallaştırın. Doğrusallaştırılmış grafiği çizin ve «Rapor.docx» içine yapıştırın. Verilen sabit tablosundaki sabitleri kullanarak, $pn$-geçişinin $d$ genişliğini belirleyin ve cevap kağıdınıza kaydedin. Not: Elektron ve deliğin etkin kütleleri oda sıcaklığında ve ideal koşullarda verilmiştir, gerçekte bu değerler koşulun sonundaki tablodaki verilerden çok farklı olabilir. Bu maddeyi çözmek için yaptığınız çalışmanın sonucu «SolC6.xlsx» tablosu ve «Report.docx» dosyasına aktarılan grafiklerin görüntüleri olmalıdır.
Ne yazık ki, daha önce de belirtildiği gibi, bir deliğin ve bir elektronun etkin kütleleri, sıcaklık da dahil olmak üzere birçok faktöre çok güçlü bir şekilde bağlıdır. Sıcaklığa bağımlılık, yük taşıyıcılarının konsantrasyonunun sıcaklığa bağlı olmasından kaynaklanır, böylece yarı iletken içindeki elektron gazı farklı sıcaklıklarda farklı davranır ve bu da etkin kütlelerin değişimine yansır. Aşağıdaki paragraflarda etkin kütlenin sıcaklığa bağımlılığını elde etmeye çalışacağız.
Munuň üçin tuneliň zener diodynyň häzirki naprýaženiýe häsiýetiniň temperatura baglydygyna peýdalanýarys.
C7 Oda sıcaklığı dışındaki 4 sıcaklıkta, C6 maddesini uyguladığınız stabilizatörün WAH bağımlılığını okuyun. $0$ ila $100~mA$ akım aralığında ölçümler yapın. WAH'ler de en az 15 nokta içermeli ve akım aralığını eşit olarak kapsamalıdır. Bu maddeyi çözmek için yaptığınız çalışmanın sonucu «MesC7.xlsx» «SolC7.xlsx» dosyaları olmalı ve BAC grafikleri «Rapor.docx» dosyasına aktarılmalıdır.
С8
Önceki paragrafta elde edilen bağımlılıkları doğrusallaştırın ve her sıcaklık için indirgenmiş kütleyi elde edin ve «Report.docx»'daki tabloya girin. Etkin indirgenmiş kütlenin $m_r$ sıcaklığa bağımlılığını çizin ve «Rapor.docx»'a girin. Tüm doğrusallaştırılmış grafikler de buna aktarılmalıdır. Dikkat! $pn$-geçişinin $d$ genişliği sıcaklığa bağlı değildir! Bu maddeyi çözme çalışmanızın sonucu «SolC8.xlsx» dosyaları, «Report.docx»'a aktarılmış WAH grafikleri ve «Report.docx»'da doldurulmuş bir tablo olmalıdır.
Indi göçüň zener diodlaryna seredeliň.
Not. Problemin bundan sonraki tüm noktalarında, stabilizasyon gerilimi yerine,WAH grafiğindeki kırılma noktasındaki gerilim olan $U_B$ kırılma gerilimini inceleyeceğiz.
C9 En büyük kırılma gerilimi $U_s$ olan çığ dengeleyici için $\lambda$ serbest yol uzunluğunu bulun. A2 noktasını, tablodaki sabitleri ve C6 noktasında elde ettiğiniz $pn$-kavşak genişliği $d$ değerini kullanın (C6 noktasını yapmadıysanız, burada ve aşağıda $d = 10~nm$ alın). Bu maddenin sonucu cevap kağıdınızdaki çözüm olmalıdır.
Tünel stabilizatörleri için çığ kırılma gerilimi de sıcaklığa bağlıdır. Bu gerçeği kullanarak, bir yarı iletkendeki elektron serbest yol uzunluğunun $\lambda$ sıcaklığa bağımlılığını bulabiliriz.
C10 Aynı stabilitronu kullanarak, diğer 8 sıcaklık için, bükülme civarındaki stabilitronun BAC'sini alın. Her bir BAC en az 5 nokta içermeli ve bunlar kırılma noktasının yakınında bulunmalıdır. Bu noktayı çözme çalışmanızın sonucu «MesC10.xlsx» «SolC10.xlsx» dosyaları ve «Rapor.docx» dosyasına aktarılan VAC grafikleri olmalıdır.
C11
Her sıcaklık için $U_B$ kırılma gerilimlerini bulun ve bunları «Report.docx» içindeki tabloya girin (oda sıcaklığındaki kırılma gerilimi dahil). Elektronun serbest yol uzunluğunu $\lambda$ bulun ve aynı tabloya girin. Sıcaklığa karşı serbest yol uzunluğunu çizin ve ayrıca «Rapor.docx»'a girin. Bu maddeyi çözmek için yaptığınız çalışmanın sonucu «SolC11.xlsx» dosyaları, «Report.docx»'a aktarılmış VAC grafikleri ve «Report.docx»'da doldurulmuş bir tablo olmalıdır.
Hemişelik San bahasy $\hbar$ $1,055 \cdot 10^{-34}~J \cdot s \quad 6,582 \cdot 10^{-16}~eV \cdot s$ $m_e$ $9,109 \cdot 10^{-31}~kg$ $e$ $1,602 \cdot 10^{-19}~Kl$ $E_G$ $1,12~eV$ $m_p^*$ $0.56 \cdot m_e$ $m_n^*$ $1,06 \cdot m_e$