ЛЕКЦИЯ 5. Особенности устройства и работы импульсного диода ,ВЧ-диода, диодов СВЧ , PIN-диода, лавинно-пролётного диода

Импульсные диоды– это диоды с малой длительностью переходных процессов, предназначенные для применения в импульсных режимах работы.

Это обычные диоды, с обычной ВАХ, однако работающие в режиме переключения. Их область применения – цифровые схемы, элементы которых находятся либо в открытом состоянии «0», либо в закрытом «1».

Принцип действия:

На временной диаграмме (рисунок 1.19) показаны конец положительного импульса напряжения и начало отрицательного импульса. За время положительного импульса в результате инжекции в базе возникает избыточная концетрация неосновных носителей заряда, например дырок в базе N -типа. Причем она будет наибольшей около PN -перехода.

а б

Рисунок 1.19, а - Временные диаграммы; б - Конструкция ВЧ диода

При смене полярности большое количество неравновесных дырок, находящихся в базе в непосредственной близости от PN -перехода, начнет перебрасываться полем перехода обратно в Р -область, а это вызовет возникновение импульса обратного тока через диод, который может превышать значение обратного тока в десятки раз. Резкое увеличение обратного тока означает резкое уменьшение обратного сопротивления диода.

По мере уменьшения концентрации дырок в базе (как за счет их перехода в Р -область, так и за счет рекомбинации с основными носителями заряда в базе) обратный ток будет убывать, а обратное сопротивление-возрастать. Когда концетрация дырок в базе уменьшится до равновесного состояния, а обратный ток снизится до своего стационарного значения, обратное сопротивление диода восстановится.

Переходный процесс возникает в диоде и при переключении с обратного напряжения на прямое

Интервал времени от момента переключения диода с прямого напряжения на обратное, в течение которого обратное сопротивление перехода полупроводникового диода восстановится до постоянного значения, называется временем восстановления обратного сопротивления (τвосст.) Уменьшение τвосст достигается введением в базу очень малой примеси золота, а также уменьшением емкости диода (применением микросплавных переходов).

Помимо параметров обычных диодов импульсные диоды характеризуются:

τвосст - время восстановления обратного сопротивления

Uпр. имп – прямое импульсное напряжение при заданном импульсе прямого тока

Iпр. имп. max – максимально допустимый импульсный прямой ток при заданной длительности импульса.

Основной характеристикой импульсных диодов является переходная характеристика

Выводы: 1. Импульсные диоды работают в режиме электронного ключа: при положительном импульсе к диоду приложено прямое напряжение, его сопротивление мало (ключ замкнут), при отрицательном импульсе приложено обратное напряжение, его сопротивление велико (ключ разомкнут).2. Быстродействие импульсных диодов характеризуется их основным параметром – временем восстановления обратного сопротивления τ_вос. 4. Для уменьшения τ_вос в импульсных диодах принимают специальные меры, ускоряющие процесс рассасывания неосновных носителей заряда на базе. 5. Требованиям, предъявляемым к импульсным диодах, хорошо удовлетворяют диоды Шоттки, имеющие очень малую инерционность из-за отсутствия инжекции и накопления неосновных носителей заряда в базе.

Диоды ВЧ ( высокочастотные диоды) - это приборы универсального назначения, которые могут быть использованы для выпрямления, детектирования и других нелинейных преобразованийэлектрических сигналов в диапазоне до 600 МГц. Они изготавливаются, как правило, из германия или кремния и имеют точечную структуру. Точечная структура высокочастотных диодов обеспечивает небольшую величину емкости PN -перехода (не более 1пФ), что позволяет эффективно использовать их на высоких частотах. Однако малая площадь контакта между частями полупроводника с проводимостью N и P не позволяет рассеивать в области PN -перехода значительные мощности, поэтому высокочастотные диоды не используются в схемах, рассчитанных на большие напряжения и токи, и применяются, главным образом, в измерительной аппаратуре и низковольтных слаботочных выпрямителях.

В дополнение к обычным параметрам, которыми характеризуются диоды, высокочастотные диоды дополнительно характеризуются общей емкостью C_Д, измеренной между выводами диода при заданном напряжениисмещения и частоте; дифференциальным сопротивлением r_диф представляющим отношение приращения напряжения на диоде к вызвавшему его приращение току; диапазон частот.

Выводы: 1. Высокочастотные диоды предназначены для выпрямления (детектирования) токов с частотами до 1000 МГц. 2. Высокочастотные диоды изготавливают с точечным и микросплавным PN -переходом. 3.Максимально допустимый выпрямленный ток у высокочастотных диодов не превышает десятков миллиампер, а максимально допустимое обратное напряжение - десятков вольт.

Диоды СВЧ( сверхвысокочастотный полупроводниковый диод) – это полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования и обработки сверхвысокочастотного сигнала.

Диоды СВЧ изготавливают из полупроводника с малым удельным сопротивлением (с большой концетрацией примеси в базе), они имеют точечный PN -переход очень малых размеров. Для диодов характерны:

быстрая рекомбинация носителей заряда в базе; малая емкость перехода.

Напряжение пробоя Uпроб для диодов СВЧ составляет единицы вольт, Iпр. доп. max – 10 – 15 mA. Это недостатки данного типа диодов.

Полупроводниковые СВЧ-диоды уже длительное время применяют в различной радиоэлектронной аппаратуре и измерительной технике СВЧ-диапазона, т.е. на частотах более 300 МГц. Сначала СВЧ-диоды использовали для детектирования и смещения сигналов. Для этих целей применяли точечные диоды, выпрямляющий электрический переход в которых возникал между кристаллом полупроводника и прижимным металлическим электродом в виде заостренной пружинки. Созданные в последнее время новые типы СВЧ-диодов практически целиком заменили точечные детекторные и смесительные диоды.

На сверхвысоких частотах могут работать такие СВЧ-диоды как детекторные, смесительные, параметрические, настроечные, переключательные, лавинно-пролетные, диоды Ганна.Структура диода Ганна приведена на рисунке 1.21,а. Вольт-амперная характеристика СВЧ-диода приведена на рисунке 1.21,б.

а

б

Рисунок 1.21.-Структура диода Ганна(а);ВАХ СВЧ диода(б)

На СВЧ используются диоды Шоттки, диоды с PN - переходом, площадь которого значительно меньше, чем у точечных, а также диоды с PIN -структурой.

Конструкция точечного диода показана на рисунке 1.22,а. Заострённая вольфрамовая проволока в виде пружины прижимается к базе с определённым усилием, за счёт чего образуется очень малой площади PN -переход. Диоды СВЧ предназначены для работы на частотах 10⁸…10⁹ Гц. Малые пробивное напряжение и выпрямленный ток у точечных диодов ограничивают возможности их применения в качестве переключающих элементов. Этого недостатка не имеют PIN -диоды, которые являются плоскостными, но имеют очень малую ёмкость (рисунок 1.22,б).

а б

Рисунок 1.22. а – Конструкция диодов СВЧ; б – Структура PIN-диода без внешнего напряжения

Дата добавления: 2014-11-16