Puls diodes zijn ontworpen om te werken in snelle pulscircuits. De belangrijkste onderscheidende kenmerken van gepulseerde diodes, evenals hoogfrequente diodes, zijn hun kleine oppervlak р-n transitie en korte levensduur van ladingsdragers die niet in evenwicht zijn. De belangrijkste parameter van gepulseerde diodes is de hersteltijd van de omgekeerde weerstand t zon, gedefinieerd als de tijd gedurende welke de diode in de uit-stand gaat wanneer de polariteit van de spanning over de diode onmiddellijk verandert van vooruit naar achteruit. Voor pulsdiodes worden dezelfde parameters aangegeven die kenmerkend zijn voor gelijkrichtdiodes. Het ontwerp en de productietechnologie van gepulseerde diodes zijn vergelijkbaar met het ontwerp en de productietechnologie van conventionele hoogfrequente diodes. In snelle pulscircuits worden Schottky-diodes veel gebruikt, waarvan het verbindingsoppervlak gewoonlijk een diameter van 20-30 μm heeft en de barrièrecapaciteit niet groter is dan 1 pF. Een kenmerk van Schottky-diodes is de afwezigheid van injectie van minderheidsladingsdragers in de halfgeleider, daarom is de belangrijkste factor die de duur van transiënte processen beïnvloedt het opladen van alleen de barrièrecapaciteit. Schottky-diodes kunnen werken op frequenties tot 15 GHz en hun schakeltijd bedraagt ​​ongeveer 0,1 ns.

In pulscircuits die pulsen met steile flanken genereren, worden ladingsopslagdiodes (CSD's) gebruikt. In deze diodes is de onzuiverheid in de basis ongelijk verdeeld: de concentratie is dieper in de basis groter en minder dichtbij. р-n transitie, waardoor een interne elektrisch veld. Dit veld voorkomt dat gaten die onder gelijkspanning worden geïnjecteerd diep in de basis doordringen. R-regio's in de basis, dat wil zeggen, zorgt voor hun groepering nabij de grens р-n overgang. Bovendien helpt dit veld onder sperspanning de basis te bevrijden van minderheidsdragers, wat resulteert in een afname van de spanning t zon tientallen keren en de negatieve golf van de stroompuls blijkt bijna rechthoekig te zijn.

Momenteel zijn er diodes met pin-structuur. Deze diodes zijn zwaar gedoteerd R En N gebieden zijn voldoende gescheiden breed gebied met zijn eigen geleidbaarheid. Het elektrische veld werkt alleen in i- gebieden en het is bijna homogeen. Capaciteit van de barrière pin diode vanwege de brede i- het gebied is klein en hangt zwak af van de spanning die op de diode wordt aangelegd.

Kenmerken van werk pin- diode is als volgt. Ten eerste worden bij voorwaartse bias elektronen geïnjecteerd N-gebieden en gaten uit R-regio's binnen i- gebied waarheen leidt scherpe daling voorwaartse weerstand van de diode. Ten tweede, de huidige vervoerders in i- De regio's bewegen niet alleen als gevolg van diffusie, maar drijven ook in het veld, waardoor hun snelheid toeneemt en de tijd van de overdracht van de huidige drager wordt verkort. Beide factoren verhogen de waarde maximale frequentie werking van dergelijke diodes. Bij sperspanning vindt intensieve extractie van dragers plaats i- gebieden, wat leidt tot een extra toename van de omgekeerde weerstand. Dus voor pin diodes zijn typisch geweldige houding omgekeerd naar directe weerstand, die hun goede pulseigenschappen in de schakelmodus bepaalt. Bovendien kunnen dergelijke diodes in een puls vrij hoge vermogens schakelen, tot enkele tientallen kW.

Ze worden gebruikt als pulsdiodes mesadioden. Hun eigenaardigheid is hun productietechnologie. Bij het vervaardigen van deze diodes met behulp van de selectieve etsmethode worden conische uitsteeksels gevormd - tafels die "mesa's" worden genoemd. Deze technologie maakt het mogelijk om te verkrijgen r-p juncties met een zeer klein oppervlak en een kleine junctiecapaciteit en dus korte schakeltijden

Afb.1.4. Ontwerpen van twee soorten pulsdiodes

De grafische aanduiding van een pulsdiode is dezelfde als die van een gelijkrichter; mogelijke ontwerpen van pulsdiodes worden getoond in figuur 1.4.

Beveiligingsvragen

1. Geef de classificatie van halfgeleiderdiodes.

2. Welke invloed heeft de temperatuur op de stroom-spanningskarakteristieken van germanium- en siliciumgelijkrichterdiodes?

3. Noem de belangrijkste parameters van gelijkrichtdiodes.

4. Wat zijn de vereisten voor hoogfrequente en gepulseerde diodes?

5. Wat is er bijzonder aan het werk? Pip diodes en ladingsopslagdiodes (CSD's)?

Regels voor het indienen van vragen voor staatseducatieve bijeenkomsten 2012 (EU-08):

1. Bestand in .doc-formaat (Word2003); als laatste redmiddel - .docx (Word2007/2010).

2. Stel een marge van 0,7 cm in aan elke zijde van het bestand op het vel, staand.

3. Alinea's moeten duidelijk zichtbaar zijn, ongeveer 1 cm (Opmaak\Paragraaf\Eerste regel: Inspringen, 1 cm)

4. Rangschik de tekst op breedte, de afbeeldingen in het midden.

5. ALLE tekst moet in 14 lettertype Times New Roman zijn (geen verdichting of verdunning van het lettertype).

6. Regelafstand – Enkel, kan variëren van 0,9 tot 1,2 om de pagina te vullen (Enkel = Precies: 16pt).

7. Elke vraag bij voorkeur moet 1 of 2 pagina's tekst bevatten (met of zonder afbeeldingen), maar NIET MEER dan 3 (drie) pagina's (als de afbeeldingen groot zijn).

8. ELKE vraag moet op een nieuwe pagina beginnen, gebruikCtrl+ Binnenkomen om naar toe te gaan nieuwe pagina in Woord.

9. De titel van de vraag met het nummer is vetgedrukt en onderstreept, lettertype 14.

10. In de hoofdtekst van de vraag kunnen de noodzakelijke woorden (definities) vetgedrukt worden gemarkeerd, maar NIET cursief, NIET onderstreept en NIET in register.

11. Vraag bij voorkeur moet de optimale plaats op de pagina innemen, d.w.z. vul de pagina volledig. Om dit te doen, kunt u de regelafstand variëren van 0,9 tot 1,2 (gebaseerd op de instelling Enkel).

12. Benamingen (letters, symbolen) in de afbeelding bij voorkeur moet grootte 14 hebben (d.w.z. hetzelfde als de tekst in de hoofdtekst van de vraag), maar NIET MINDER dan 2 keer kleiner dan lettergrootte 14.

13. Elke foto (tekening) moet ondertekend zijn.

14. De kleur van de afbeeldingen doet er niet toe als de tekst geen verwijzing naar kleur bevat.

15. Afbeeldingen moeten duidelijk zijn en leesbare markeringen hebben.

16. Voor alle afbeeldingen in het menu “Tekstomloop” selecteert u “In tekst”; in zeldzame gevallen (een kleine of zeer verticaal langwerpige afbeelding) kunt u “Rond het frame” kiezen en de afbeelding naar de linker- of rechtermarge verplaatsen. het blad.

17. In zeldzame gevallen is het toegestaan ​​om de naam van de afbeelding niet te ondertekenen (als deze klein is, bijvoorbeeld UGO-diode, enz.).

18. De afbeelding kan de naam van de afbeelding bevatten (Fig. 2.12, laatste pagina)

19. Het is niet nodig om paginanummers op vellen in te voegen.

20. Het onderwerp van het gevonden materiaal moet absoluut samenvallen met de titel van de vraag; het is niet nodig om te veel water te gieten.

Alle punten van de regels zijn van praktisch nut, zijn herhaaldelijk getest en zijn verplicht; zal ons in staat stellen het materiaal dat we hebben verzameld productief te bewerken en vervolgens te downloaden. (details? – PM) door ZX

1.10 Pulsdiodes

Pulsdiode is een halfgeleiderdiode met een korte transiëntduur en bedoeld voor gebruik in pulsmodi werk.

Pulsmodi zijn modi waarbij de diodes met korte intervallen in de orde van fracties van een microseconde overschakelen van voorwaartse spanning naar sperspanning, terwijl belangrijke rol Hier spelen voorbijgaande processen. Het belangrijkste doel van pulsdiodes is om te werken als schakelelementen. De bedrijfsomstandigheden van gepulseerde diodes komen gewoonlijk overeen met een hoog injectieniveau, dat wil zeggen relatief grote voorwaartse stromen. Als gevolg hiervan worden de eigenschappen en parameters van gepulseerde diodes bepaald door transiënte processen.

Een van de eersten die werd ontwikkeld, was het ontwerp van een puntpulsdiode (Fig. 2.11). Een puntdiode bestaat uit een germaniumkristal dat aan een kristalhouder is gesoldeerd, een contactelektrode in de vorm van een dunne draad en een glazen ballon. Een kenmerk van puntdiodes is hun hoge basisweerstand, wat leidt tot een toename van de voorwaartse spanning over de diode.

Rijst. 2.11. Ontwerp van pulsdioden:

1 – halfgeleiderkristal; 2 – kristalhouder; 3 – soldeer; 4 – contactveer; 5 – glazen behuizing; 6 – kovar-buis; 7 – externe terminals

Vanwege de nadelen van puntdiodes worden ze bijna volledig vervangen door gepulseerde diodes, waarvan de productie is gebaseerd op moderne productieve en gecontroleerde methoden voor het vormen van pn-overgangen (vlakke technologie, epitaxiale groei). Het belangrijkste halfgeleidermateriaal is in dit geval silicium en soms galliumarsenide.

Om transiënte processen in gepulseerde siliciumdiodes te versnellen en de hersteltijd van de omgekeerde weerstand van deze diodes te verkorten, wordt een goudonzuiverheid in het oorspronkelijke silicium geïntroduceerd. Deze onzuiverheid zorgt voor het verschijnen van energieniveaus van recombinatievallen in de siliciumbandafstand en een afname van de levensduur van minderheidsdragers.

Momenteel hebben de meeste ontwerpen metaal-keramiek, metaal-glas of metalen behuizing met stripleads.

Laten we eens kijken naar het proces van het schakelen van een dergelijke diode wanneer deze wordt blootgesteld aan een rechthoekige puls (Fig. 2.12).

Bij gelijkspanning in het gebied worden dragers vanuit het emittergebied in het basisgebied geïnjecteerd en accumuleren daar. Wanneer de spanningspolariteit op het eerste moment wordt omgekeerd, zal de grootte van de tegenstroom aanzienlijk zijn en zal de tegengestelde weerstand van de diode scherp afnemen, omdat de minderheidsdragers zich in de basis verzamelen, onder invloed van de veranderde richting van de diode. elektrische veldsterkte, zal zich in de richting van de pn-overgang beginnen te bewegen, waardoor een tegengestelde stroompuls ontstaat. Naarmate ze zich naar het emittergebied verplaatsen, zal hun aantal afnemen en na enige tijd zal de tegenstroom een ​​normale stabiele waarde bereiken en zal de diodeweerstand omgekeerde richting zal worden hersteld naar de normale waarde.

Rijst. 2.12. Transiënten in een gepulseerde diode

Het proces van het verminderen van de geaccumuleerde lading in de basis wordt resorptie genoemd, en de tijd gedurende welke de tegenstroom verandert van de maximale waarde naar de stabiele toestand wordt de hersteltijd van de omgekeerde weerstand genoemd. Hersteltijd van omgekeerde weerstand is er een van de belangrijkste parameters pulsdiodes. Hoe kleiner het is, hoe beter de diode. Om de eigenschappen van gepulseerde diodes te verbeteren, wordt de initiële halfgeleider geselecteerd met een korte levensduur van ladingsdragers (voor een intenser recombinatieproces in de basis), en wordt de pn-overgang zelf gemaakt met een klein oppervlak om de waarde van de ladingsdragers te verminderen. de barrièrecapaciteit van de kruising.

Conclusies:

Pulsdiodes werken in de elektronische sleutelmodus.

De pulsduur kan erg kort zijn, dus de diode moet zeer snel van de ene toestand naar de andere overgaan.

De belangrijkste parameter die de prestaties van gepulseerde diodes kenmerkt, is de hersteltijd van de omgekeerde weerstand.

Om dit te verminderen worden speciale maatregelen gebruikt die het proces van resorptie van minderheidsladingsdragers in de basis versnellen.

Aan de eisen voor gepulseerde diodes wordt goed voldaan door diodes gebaseerd op de Schottky-barrière, die een zeer lage traagheid hebben vanwege de afwezigheid van injectie en accumulatie van minderheidsladingsdragers in de basis.

HOGE FREQUENTIE, PULSDIODES, VARICAPS

Hoogfrequente diodes

Hoogfrequente diodes zijn universele apparaten. Ze kunnen worden gebruikt voor gelijkrichting, detectie en andere niet-lineaire transformaties van elektrische signalen in het frequentiebereik tot 600 MHz. Hoogfrequente diodes zijn meestal gemaakt van germanium of silicium en hebben een puntstructuur. Het ontwerp van een punt-germaniumdiode wordt getoond in Fig. 6.8. De diode bestaat uit een germaniumkristal dat aan een kristalhouder is gesoldeerd, een contactelektrode in de vorm van een dunne wolfraamdraad en een glazen ballon. De afmetingen van het kristal zijn 1x1x0,2 mm. De straal van het contactgebied van de draad met germanium is meestal niet groter dan 5 – 7 µm.

Om te ontvangen r-p De junctiediode wordt tijdens het productieproces onderworpen aan stroomgieten. Hiervoor wordt in voorwaartse richting een kortstondige stroompuls van maximaal 400 mA doorgegeven. Als resultaat van het gieten verkrijgt een dunne laag halfgeleider grenzend aan de punt gatgeleiding, en op de grens tussen deze laag en de hoofdmassa van de plaat een r-p overgang. Dit diodeontwerp biedt een kleine capaciteit r-p overgang (niet meer dan 1 pF), waardoor de diode effectief kan worden gebruikt bij hoge frequenties. Echter, het kleine contactoppervlak tussen delen van een halfgeleider met geleidbaarheidstype N En R verspreiding in het gebied niet toestaat r-p overdracht van aanzienlijke macht. Daarom zijn puntdiodes minder krachtig dan vlakke diodes en worden ze niet gebruikt in gelijkrichters die zijn ontworpen voor hoge spanningen en stromen. Ze worden voornamelijk gebruikt in circuits van radio-ontvangst- en meetapparatuur die op hoge frequenties werken, evenals in gelijkrichters voor spanningen van niet meer dan enkele tientallen volts bij een stroomsterkte in de orde van tientallen milliampère.

De opname van hoogfrequente puntdiodes in een circuit verschilt niet fundamenteel van de opname van vlakke gelijkrichterdiodes. Het werkingsprincipe van een puntdiode is vergelijkbaar, gebaseerd op de eigenschap van eenrichtingsgeleiding r-p overgang.

Een typische stroom-spanningskarakteristiek van een puntdiode wordt getoond in Fig. 6.9, A. De omgekeerde tak van de karakteristieken van een puntdiode verschilt aanzienlijk van de overeenkomstige tak van de karakteristieken van een vlakke diode.

Vanwege het kleine oppervlak P- N overgang, de tegenstroom van de diode is klein, het verzadigingsgebied is klein en niet zo uitgesproken. Naarmate de sperspanning toeneemt, neemt de sperstroom vrijwel gelijkmatig toe. Het effect van de temperatuur op de grootte van de tegenstroom is zwakker dan bij vlakke diodes: de tegenstroom verdubbelt bij een temperatuurstijging van 15 – 20°C (Fig. 6.9, B). Laten we ons dat in planair herinneren (paragraaf 6.1). r-p Bij overgangen neemt de tegenstroom ongeveer 2 – 2,5 maal toe bij een temperatuurstijging per 10°C.

De eigenschappen van hoogfrequente diodes worden gekenmerkt door parameters die vergelijkbaar zijn met die gespecificeerd in paragraaf 6.1. Voor het beoordelen van de eigenschappen van hoogfrequente diodes zijn de volgende zaken essentieel:

Totale capaciteit diode MET D is de capaciteit gemeten tussen de diodeaansluitingen bij een gegeven voorspanning en frequentie.

Differentiële weerstand R diff - de verhouding tussen de spanningstoename op de diode en de kleine stroomtoename die deze veroorzaakte.

Frequentiebereik ∆F- het verschil in de grensfrequentiewaarden waarbij de gemiddelde gelijkgerichte stroom van de diode niet minder is dan een gegeven fractie van zijn waarde bij de laagste frequentie.

Hoogfrequente puntdiodes kunnen worden gebruikt in detectiecircuits, als begrenzers, niet-lineaire weerstanden, schakelelementen, enz.

IN de afgelopen jaren Diodes gebaseerd op de gelijkrichtende werking van het metaal - halfgeleidercontact - de zogenaamde Schottky-diodes. In tegenstelling tot conventionele puntdiodes, waarbij contact wordt gemaakt door op een metalen naald te drukken, is het contact bij Schottky-diodes een dunne film van metaal (goud, nikkel, aluminium, platina, wolfraam, molybdeen, vanadium, enz.). Zoals hierboven is aangetoond (paragraaf 3.8), werken apparaten die een metaal-halfgeleidercontact gebruiken op meerderheidsladingsdragers, wat hun traagheid aanzienlijk kan verminderen en daardoor de prestaties kan verbeteren. De schakeltijd van Schottky-diodes van een vergrendelde toestand naar een open toestand en omgekeerd wordt bepaald door de kleine waarde van de barrièrecapaciteit, die gewoonlijk niet groter is dan 0,01 pF.

Het belangrijkste voordeel van Schottky-diodes vergeleken met diodes op basis van r-p overgangen - de mogelijkheid om lagere waarden van directe contactweerstand te verkrijgen, omdat de metaallaag in deze eigenschappen superieur is aan elke, zelfs een zwaar gedoteerde halfgeleiderlaag.

Door de lage voorwaartse weerstand en de kleine capaciteit van de Schottky-barrière kunnen de diodes op ultrahoge frequenties werken. Het typische werkfrequentiebereik is 5-250 GHz en de schakeltijd is minder dan 0,1 ns. De sperstromen van Schottky-diodes zijn klein en bedragen enkele microampères. Speerspanningen liggen in het bereik van 10...1000 V.

Opgemerkt moet worden dat Schottky-diodes relatief recent (begin jaren zeventig) wijdverspreid zijn geworden, hoewel hun theorie al meer dan vijftig jaar teruggaat. Dit wordt verklaard door het feit dat het pas de afgelopen jaren, dankzij verbeteringen in de productietechnologie van halfgeleiderapparaten en geïntegreerde schakelingen, mogelijk is geweest Schottky-barrières te verkrijgen met kenmerken en parameters die bijna ideaal zijn.

Pulsdiodes

Pulsdiodes zijn ontworpen om te werken in snelle pulscircuits met schakeltijden van 1 μs of minder. Met zulke korte bedrijfspulsen is het noodzakelijk om rekening te houden met de traagheid van de processen van het in- en uitschakelen van de diodes en om ontwerp- en technologische maatregelen te nemen die gericht zijn op het verminderen van de barrièrecapaciteit en het verkorten van de levensduur van ladingsdragers die niet in evenwicht zijn in de regio. r-p overgang.

Volgens productiemethode r-p overgangspulsdiodes zijn onderverdeeld in punt, legering, gelast En verspreiding(mesa en vlak). Het ontwerp van diodes van deze groepen wordt getoond in Fig. 6.10.

Ontwerp van puntpulsdiodes (Fig. 6.10, A) verschilt praktisch niet van het ontwerp van conventionele hoogfrequente diodes. In sommige gevallen wordt, om de eigenschappen van de diode te verbeteren, een onzuiverheid (meestal indium of aluminium) op de punt van de contactnaald aangebracht, waardoor acceptorcentra in germanium en silicium worden gevormd. N-type. Tijdens het elektrovormproces wordt het bijna-contactgebied van de halfgeleider enorm warm en wordt er direct onder de punt van de naald een materiaal van kleine afmetingen gevormd. R-regio.

In legeringsdiodes (Fig. 6.10, b) р−п De overgang wordt verkregen door een stuk van een legering die atomen van een acceptorverontreiniging bevat, te versmelten tot een kristal van een elektronisch geleidende halfgeleider. De grens tussen het originele monokristal en het zwaar gedoteerde kristal R-laag vertegenwoordigt р−п overgang. Deze methode wordt doorgaans gebruikt bij de vervaardiging van siliciumpulsdiodes. Bij het maken van soortgelijke germaniumdiodes wordt in plaats van de fusiemethode de pulslasmethode gebruikt (Fig. 6.10, V). In dit geval wordt een dunne gouden naald (met een galliumadditief) naar het germaniumkristal gebracht en wordt een stroompuls met hoge amplitude door het resulterende contact geleid, waardoor het uiteinde van de gouden naald aan germanium wordt gelast.

De snelste gepulseerde diodes worden verkregen door diffusie van donor- of acceptoronzuiverheden in een vaste halfgeleider.

Door te dringen tot een bepaalde diepte van de halfgeleider, veranderen diffunderende atomen het type geleidbaarheid van dit deel van het kristal, waardoor een R− N overgang. Na het verkrijgen van de diffusiestructuur wordt chemisch etsen van het halfgeleideroppervlak uitgevoerd, waarna R− N de overgang blijft alleen behouden binnen een klein gebied dat in de vorm van een tafel (mesa) boven de rest van het oppervlak uitsteekt. Dit type kristal wordt mesastructuur genoemd (Fig. 6.10, G). Capaciteit R− N De overgangen van mesadiodes zijn lager en de doorslagspanning is hoger dan die van gelegeerde of gelaste diodes. De schakeltijd van de tussendiodes bedraagt ​​niet meer dan 10 ps.

Diodes verkregen met behulp van planaire epitaxiale technologie zijn veelbelovend (Fig. 6.10, D). Tijdens de vervaardiging ervan wordt lokaal een onzuiverheid in de halfgeleider geïntroduceerd (meestal silicium) − door “vensters” in de beschermende oxidefilm van SiO 2. Het resultaat R− N De overgangen worden gekenmerkt door een hoge parameterstabiliteit en betrouwbaarheid.

Het eenvoudigste circuit voor het aansluiten van een pulsdiode wordt getoond in Fig. 6.11, A. Onder invloed van een ingangspuls met positieve polariteit (Fig. 6.11, B) er stroomt een gelijkstroom door de diode, waarvan de grootte wordt bepaald door de amplitude van de puls, de belastingsweerstand en de weerstand van de open diode. Als een sperspanning wordt aangelegd op een diode waardoor gelijkstroom stroomt om deze te blokkeren, dan sluit de diode niet onmiddellijk (Fig. 6.11, V).

Rijst. 6.11. Aansluitschema (a) en oscillogrammen

ingangsspanning (b) en stroom (c) van een pulsdiode

Op het eerste moment is er een sterke toename van de tegenstroom I 1 door een diode en slechts geleidelijk in de loop van de tijd neemt deze af en bereikt een stabiele waarde I arr. Dit fenomeen houdt verband met de specifieke kenmerken van het werk R− N transitie en is een manifestatie van het zogenaamde accumulatie-effect. De essentie van dit effect is als volgt. Als er gelijkstroom doorheen vloeit R− N De transitie wordt uitgevoerd door injectie van dragers. Als gevolg van injectie ontstaat er in de directe omgeving van de transitie een concentratie van minderheids-niet-evenwichtsdragers, die vele malen hoger is dan de concentratie van evenwichtsminderheidsdragers in de regio. R− N transitie: hoe hoger de concentratie van minderheidsdragers, hoe groter de tegenstroom. De levensduur van dragers die niet in evenwicht zijn, is beperkt − geleidelijk neemt hun concentratie af, zowel als gevolg van recombinatie als als gevolg van ontsnapping R− N overgang. Daarom zal na enige tijd (τ in Fig. 6.11, V) Minderheidsdragers die niet in evenwicht zijn, zullen verdwijnen; tegenstroom zal worden hersteld naar de normale waarde I arr.

Het belangrijkste kenmerk van gepulseerde diodes is hun voorbijgaande reactie. Het weerspiegelt het proces van herstel van de tegenstroom en tegenweerstand van de diode bij blootstelling aan een pulsspanning met omgekeerde polariteit (zie Fig. 6.11, V).

Belangrijkste parameters van pulsdiodes:

Hersteltijd van omgekeerde weerstandτ in − het tijdsinterval vanaf het moment dat de stroom door nul gaat na het schakelen van de diode van een gegeven voorwaartse stroom naar de toestand van een gegeven sperspanning totdat de tegenstroom een ​​gegeven lage waarde bereikt.

Lading schakelenQPC− een deel van de geaccumuleerde lading stroomt naar het externe circuit wanneer de richting van de stroom verandert van voorwaarts naar achterwaarts.

Totale capaciteit CD− capaciteit gemeten tussen de leidingen van een diode bij een gegeven voorspanning en frequentie.

Puls voorwaartse spanningU bij − de piekwaarde van de voorwaartse spanning over de diode voor een gegeven voorwaartse stroompuls.

Puls voorwaartse stroom I bij − piekwaarde van een voorwaartse stroompuls bij een gegeven duur, werkcyclus en vorm.

Voor gepulseerde diodes wordt ook de waarde van de directe doorlaatspanning aangegeven U bij lekken gelijkstroom I en de grootte van de tegenstroom I arr. bij een gegeven sperspanningswaarde U arr. Limietmodi worden bepaald door de waarde van de maximaal toegestane constante sperspanning U arr. max, de maximaal toegestane waarde van de puls-sperspanning U Aubrey. max, evenals de waarden van de maximaal toegestane gelijkstroom I bijv. max. en maximaal toelaatbare gepulseerde voorwaartse stroom I bij. maximaal

Pulsdiodes worden veel gebruikt in pulscircuits voor verschillende doeleinden, bijvoorbeeld in logische circuits elektronische digitale computers.

Varicaps

Ze worden varicaps genoemd halfgeleiderdiodes, die een barrièrecapaciteit van een vergrendelde gebruiken r-p overgang, afhankelijk van de grootte van de sperspanning die op de diode wordt aangelegd. Het ontwerp van de varicap wordt getoond in Fig. 6.12. Een aluminiumkolom 4 wordt aan één zijde in een vacuüm in het siliciumkristal 5 gesmolten om zo een siliciumkristal te verkrijgen r-p overgang, en anderzijds - een goud-antimoonlegering om een ​​ohms contact 6 te verkrijgen. Deze structuur wordt in een vacuüm gesmolten tot een vergulde kristalhouder 7. Een interne terminal 2 is bevestigd aan de aluminium kolom de kristalhouder met cilinder 3 en aansluiting 1 wordt uitgevoerd door fusie in waterstof.

Om de eigenschappen van een varicap te gebruiken, is het noodzakelijk om er sperspanning op aan te leggen (Fig. 6.13).

Zoals bekend is, bij afwezigheid van externe spanning tussen P En N− gebieden waar sprake is van een contactpotentiaalverschil (potentiaalbarrière) en een intern elektrisch veld. Als er een sperspanning op de diode wordt toegepast U arr (Afb. 6.14, A), en vervolgens de hoogte van de potentiële barrière ertussen P En N− de gebieden zullen toenemen met de hoeveelheid aangelegde spanning (Fig. 6.14, B), de elektrische veldsterkte in r-p overgang. Externe sperspanning duwt elektronen dieper naar binnen N- gebied, en de gaten gaan naar binnen P- gebieden. Het gevolg is dat het gebied zich uitbreidt r-p overgang en hoe meer, hoe hoger de spanning U arr (in figuur 6.14, B En V).

Aldus wordt de verandering in sperspanning toegepast r-p overgang, leidt tot een verandering in de barrièrecapaciteit tussen P En N− regio's. De waarde van de diodebarrièrecapaciteit C kan worden bepaald aan de hand van de formule

Waar e− relatieve diëlektrische constante van de halfgeleider;

S − gebied r-p overgang; D− breedte r-p overgang.

Formule (6.3) is vergelijkbaar met de formule voor de capaciteit van een vlakke plaatcondensator. Ondanks de gelijkenis van deze formules is er echter een fundamenteel verschil tussen de barrièrecapaciteit en de capaciteit van de condensator. Bij een conventionele condensator is de afstand tussen de platen, en dus de capaciteit, niet afhankelijk van de spanning die op de condensator wordt aangelegd. De breedte van de pn-overgang hangt af van de grootte van de spanning die erop wordt toegepast, daarom hangt de barrièrecapaciteit af van de spanning: naarmate de blokkeerspanning toeneemt, neemt de breedte van de pn-overgang toe en neemt de barrièrecapaciteit af.

Het belangrijkste kenmerk van een varicap is de afhankelijkheid van de capaciteit van de sperspanning (capaciteit-spanningskarakteristiek). Typisch kenmerk C = F (U arr) is te zien in afb. 6.15. Afhankelijk van het doel kan de nominale capaciteit van varicaps variëren van enkele picofarads tot honderden picofarads. De afhankelijkheid van de varicap-capaciteit van de aangelegde spanning wordt bepaald door de productietechnologie r-p overgang.

Varicap-parameters:

Nominale capaciteit MET nominaal - capaciteit tussen de varicap-aansluitingen bij nominale voorspanning (meestal U CM = 4 V).

Maximale capaciteit C max is de capaciteit van de varicap bij een gegeven voorspanning.

Minimale capaciteit C min is de capaciteit van de varicap bij een gegeven maximale voorspanning.

lichaamscontouren

Overlappingscoëfficiënt NAAR o is de verhouding tussen de maximale diodecapaciteit en het minimum.

KwaliteitsfactorQ- de verhouding tussen de varicap-reactantie en de totale verliesweerstand, gemeten bij de nominale frequentie bij een temperatuur van 20 O C.

Maximaal toegestane spanning U max is de maximale momentane waarde van de wisselspanning, waardoor een bepaalde betrouwbaarheid tijdens langdurig gebruik wordt gegarandeerd.

Capaciteit temperatuurcoëfficiënt(TKE) – de verhouding tussen de relatieve verandering in capaciteit bij een gegeven spanning en de absolute verandering in omgevingstemperatuur die deze veroorzaakte.

Maximaal toelaatbaar vermogen P max is de maximale waarde van het door de varicap gedissipeerde vermogen, waarbij de gespecificeerde betrouwbaarheid tijdens langdurig gebruik gegarandeerd is.

De belangrijkste toepassing van een varicap is het elektronisch afstemmen van oscillerende circuits. In afb. 6.16, A Er wordt een diagram getoond van de opname van een varicap in een oscillatiecircuit. Het circuit wordt gevormd door inductie L en varicapcapaciteit MET B. Koppelcondensator MET p dient ervoor te zorgen dat de inductantie L Ik heb de DC-varicap niet kortgesloten. Capaciteit condensator MET p moet enkele tientallen keren groter zijn dan de varicap-capaciteit.

Controle gelijkspanning U geleverd aan de varicap vanaf potentiometer R2 via weerstand R1 met hoge weerstand. De herstructurering van het circuit wordt uitgevoerd door de schuifregelaar van potentiometer R2 te verplaatsen.

Dit circuit heeft een belangrijk nadeel: hoogfrequente spanning beïnvloedt de varicap, waardoor de capaciteit ervan verandert. Dit leidt tot ontstemming van het circuit. Varicaps inschakelen volgens het diagram in Fig. 6.16, B Hiermee kunt u de ontstemming van het circuit onder invloed van wisselspanning aanzienlijk verminderen. Hier zijn varicaps opgenomen volgens hoge frequentie opeenvolgend naar elkaar toe. Daarom neemt bij elke verandering in de spanning op het circuit de capaciteit van de ene varicap toe en de andere af. Voor constante spanning zijn de varicaps parallel geschakeld.

Een groot aantal moderne elektronische apparaten gebruiken elektrische impulsen bij hun werk. Dit kunnen signalen met een lage stroomsterkte zijn of stroompulsen (wat technisch gezien veel ernstiger is) in de circuits van voedingen en andere pulsomzetters, omvormers, enz.

En de werking van impulsen in converters is altijd van cruciaal belang voor de duur van forten en recessies, die tijdsgrenzen hebben van ongeveer dezelfde orde als voorbijgaande processen in de wereld. elektronische componenten, in het bijzonder - in dezelfde diodes. Daarom is het bij het gebruik van diodes in pulscircuits absoluut noodzakelijk om rekening te houden met de transiënte processen in de diodes zelf - tijdens het in- en uitschakelen (tijdens het openen en sluiten van de p-n-overgang).

Om in principe de schakeltijd van een diode van een niet-geleidende toestand naar een geleidende toestand en terug te verminderen, kan in sommige gevallen laagspanningscircuits het is raadzaam om toevlucht te nemen.

Diodes van deze technologie verschillen van conventionele gelijkrichterdiodes door de aanwezigheid van een metaal-halfgeleiderovergang, die, hoewel deze een uitgesproken gelijkrichtend effect heeft, tegelijkertijd een relatief kleine doorvoercapaciteit van de junctie heeft, waarbij de lading zich ophoopt in dergelijke niet-kritische grootheden en wordt zo snel geabsorbeerd dat de schakeling met Schottky-diodes op een vrij hoge frequentie kan werken wanneer de schakeltijd in de orde van enkele nanoseconden ligt.

Een ander voordeel van Schottky-diodes is dat de spanningsval over hun verbinding slechts ongeveer 0,3 volt bedraagt. Het belangrijkste voordeel van Schottky-diodes is dus dat ze geen tijd verspillen aan het accumuleren en oplossen van ladingen; de prestaties zijn hier alleen afhankelijk van de oplaadsnelheid van een kleine barrièrecapaciteit.

Het oorspronkelijke doel van deze componenten betreft helemaal geen werking in pulsmodi. De pulsmodus voor een gelijkrichtdiode is een atypische, abnormale modus, en daarom bijzonder hoge eisen De ontwikkelaars stellen geen eisen aan de prestaties van gelijkrichtdiodes.

Gelijkrichterdiodes worden voornamelijk gebruikt om lage frequenties om te zetten AC in constante of pulserende modus, waar lage doorvoercapaciteit van de pn-overgang en snelheid helemaal niet vereist zijn, is wat vaak nodig is eenvoudigweg een hoge geleidbaarheid en dienovereenkomstig een hoge weerstand tegen continue stroom op relatief lange termijn.

Gelijkrichterdiodes worden daarom gekenmerkt door een lage weerstand in de toestand, een groter pn-overgangsgebied en het vermogen om grote stromen door te laten. Maar vanwege het grote verbindingsoppervlak is de diodecapaciteit groter - in de orde van honderden picofarads. Dit is veel voor een pulsdiode. Ter vergelijking: Schottky-diodes hebben een doorvoercapaciteit in de orde van tientallen picofarads.

Pulsdiodes zijn dus speciaal ontworpen diodes voor specifiek gebruik in pulsmodi in hoogfrequente circuits. Hun principiële onderscheidend kenmerk van gelijkrichterdiodes is de korte duur van transiënte processen vanwege de zeer kleine capaciteit van de pn-overgang, die verschillende picofarads kan bereiken en zelfs nog kleiner kan zijn.

Het verminderen van de pn-overgangscapaciteit in gepulseerde diodes wordt bereikt door het junctiegebied te verkleinen. Als gevolg hiervan mag het vermogen dat op het diodelichaam wordt gedissipeerd niet erg groot zijn, de gemiddelde stroom door een verbinding met een klein oppervlak mag het maximum niet overschrijden toegestane waarde aangegeven in de documentatie voor de diode.

Schottky-diodes worden vaak gebruikt als snelle diodes, maar hebben zelden een hoge sperspanning, daarom worden schakeldiodes onderscheiden als aparte soort diodes.

Diode soort puls wordt een diode genoemd die een korte duur van voorbijgaande processen heeft en dat ook is integraal onderdeel puls circuit, werkend op hoge frequentie.

Voor deze doeleinden zijn diodes met een geoptimaliseerde intrinsieke capaciteit en de tijd die nodig is om de omgekeerde weerstand te herstellen het meest geschikt. Het bereiken van de vereiste indicator voor de eerste parameter vindt plaats wanneer de lengte en breedte p-n- transitie, dit heeft overeenkomstige gevolgen voor de vermindering van het toegestane dissipatievermogen.

Ten tweede bij gebruik van zwaar gelegeerd halfgeleider elementen(goud wordt bijvoorbeeld gebruikt om siliciumwafels te doteren).

Dioden van het pulstype worden gekenmerkt door de aanwezigheid van:

• Lage waarden van maximale pulsstromen (maximale waarden zijn enkele honderden mA);

• Lage waarden van maximale sperspanningen (maximaal - tientallen volt).

De waarde van de barrièrecapaciteit van een pulsdiode is in de meeste gevallen minder dan 1 pF (pico Farad). De levensduur van minderheidsdragers bedraagt ​​niet meer dan 4 ns.

Voor diodes van dit type gekenmerkt door het vermogen om pulsen uit te zenden die niet langer duren dan een microseconde bij stromen met een grote amplitude. Als de diode een puntdiode is (qua ontwerp), heeft deze de neiging te werken op frequenties van ongeveer 1 GHz.

Soorten pulsdiode-ontwerp:

• vlak;
• Mesa-vlak;
• Legering;
• Gelast.

Diode (puls) heeft een breed scala aan toepassingen, waaronder u met zijn hulp kunt ontwerpen elektronische sleutel, generator, modulator, pulsvormer en demper.

In wezen puls diode vervult dezelfde functies als een standaard halfgeleiderdiode met een pn-overgang. Bij blootstelling aan gelijkspanning vertoont het een goede elektrische geleiding. Bovendien overlapt de diode bij een polariteitsverandering. Het overlapt niet in een oogwenk, maar in verschillende fasen:

• De sterkte van de tegenstroom neemt toe;
• Kleine dragers worden geabsorbeerd;
• De hoge weerstand wordt hersteld op de pn-overgang;
• De diode is vergrendeld.

Met welke parameters moet een pulsdiode worden geëvalueerd:

1. Op totale capaciteit.
2. Gebaseerd op maximale voorwaartse spanning.
3. Door maximale pulsstroom.
4. Volgens het tijdsinterval dat nodig is voordat de vereiste waarde van de voorwaartse spanning wordt bereikt na gepulseerde blootstelling aan gelijkstroom (deze parameter hangt af van hoe snel minderheidsladingsdragers (MCC) van de overgang naar de basis zullen bewegen, wat ertoe leidt dat de weerstand aan de basis zelf neemt af).
5. Afhankelijk van de tijdsperiode die nodig is om de omgekeerde weerstand te herstellen. Het tellen begint op het moment dat de stroom door “0” gaat (nadat de polariteit van de aangelegde spanning is gemeten) en eindigt wanneer de gespecificeerde lage waarde wordt bereikt.

Het fenomeen van de herstelperiode wordt bepaald door het bestaan ​​van een lading die zich in de diodebasis heeft verzameld op het moment dat de puls werd aangelegd. Om de diode te blokkeren, moet je op de een of andere manier van deze lading afkomen.

Dit kan gebeuren als gevolg van recombinaties en de terugkeer van de NCC naar de emitterzone. Deze actie beïnvloedt de tegenstroom, de sterkte ervan neemt toe. Na het veranderen van de spanningspolariteiten gedurende een bepaald tijdsinterval is er vrijwel geen verandering in de tegenstroom, die alleen wordt beperkt door de invloed van de externe weerstand van het circuit. Tegelijkertijd worden de NSC's die zich tijdens de puls in de diodebasis hebben opgehoopt, opgelost.

Aan het einde van een bepaalde tijdsperiode verkrijgt de ladingslading nabij de overgang een evenwichtsconcentratie, maar in het diepere deel van de basis is de lading nog steeds niet in evenwicht. Maar op op dit moment De stroomwaarde van de omgekeerde diode wordt statisch. Het zal volledig stoppen met veranderen wanneer de lading die zich in de basis heeft opgehoopt volledig is opgelost.

Schottky-diode

Voor pulscircuits snelle actie Meestal worden diodes met een Schottky-barrière gebruikt. Bij dergelijke apparaten bevindt de overgangszone zich op de kruising van het metaal en de halfgeleider. Gebouwd op een vergelijkbare manier diodes hebben geen extra tijd nodig om de ladingen in de basis te laten accumuleren en vervolgens op te lossen. Sleutelparameter hier geldt alleen de snelheid waarmee de barrièrecapaciteit wordt opgeladen.

In termen van hun stroom-spanningskarakteristieken lijken Schottky-diodes sterk op diodes waarvan de werking is gebaseerd p-n actie– overgang. Het hele verschil ligt in het feit dat in de eerste acht tot tien tientallen van de aangelegde spanning de actiegrafiek vrijwel exact exponentieel beweegt, terwijl de volumes van tegenstromen extreem klein zijn (tot enkele tientallen nA).

Vanuit ontwerpoogpunt zijn diodes van dit type een halfgeleiderwafel (materiaal: silicium met lage weerstand) bedekt met een epitaxiale film (hoge weerstand) met een soortgelijk type elektrische geleidbaarheid. De film zelf heeft ook een coating in de vorm van vacuümmetaalafzetting.

Het toepassingsgebied van Schottky-diodes omvat ook hoogstroomgelijkrichters en logaritmische apparaten. Meer details over de Schottky-diode

Gelijkrichterdiode

Om bij het gelijkrichten van een wisselspanning een unipolaire pulserende spanning te verkrijgen, wordt deze meestal gebruikt rectificeren diode. Het effect van de pulserende spanning wordt afgevlakt (meestal met behulp van een condensator) en wordt constant aan de uitgang. Het ontwerp van een gelijkrichtdiode is vergelijkbaar met het ontwerp van zijn vlakke variant. Dit komt door hun laagfrequente werkingsmodus en de hoge sterkte van de voorwaartse stroom die door de elektron-gatovergang gaat.

Gelijkrichterdiodes met laag vermogen hebben de neiging hun eigen thermische energie via hun eigen buitenmantel af te voeren; als gevolg daarvan hebben ze geen koelapparatuur nodig. Gelijkrichterdiodes kunnen zowel in de vorm van een afzonderlijk onderdeel als in de vorm van diodesamenstellen worden geproduceerd.

Een sperspanning voor een gelijkrichtdiode die de maximaal toegestane waarde overschrijdt, kan een storing veroorzaken. Het is mogelijk om dit te voorkomen seriële verbinding groepen vooraf overbrugde diodes (door het rangeren met een weerstand met hoge weerstand kan de spanning gelijkmatig over alle componenten worden verdeeld).

Het negatieve effect van gelijkstroom met overmatige kracht kan worden geminimaliseerd en zelfs voorkomen door parallel geschakelde diodes te gebruiken. Weerstandsmetingen, zelfs voor diodes van dezelfde fabrikant en tegelijkertijd geproduceerd, kunnen sterk variëren. Om de integriteit van de diode met lagere prestaties te behouden, seriële verbinding naar weerstanden met lage weerstand. Dit helpt om de sterkte van gelijkstromen die in de diodes passeren te egaliseren.

Laserdiode

De term laser verwijst naar monochromatische straling in het optische golflengtebereik, verkregen met behulp van kwantumgeneratoren. Lasers, waarvan het ontwerp is gebaseerd op halfgeleiders, fungeren als hulpmiddel voor het maken van laserdiodes. Het gebruik van een vlakke elektron-gat-overgang is vereist als basis voor het ontwerp van diodes. Het wordt gevormd met behulp van een halfgeleider met geleidbaarheid elektronische soort(bijvoorbeeld galliumarsenide).

Laserdiode-ontwerp

Tussen de vlakken van de halfgeleiderwafels, die fungeren als basis voor de vorming van een elektron-gat-overgang, dienen om een ​​Fabry-Perot-resonator te vormen. Fotonen in dit soort ‘corridor’ worden duizenden keren door de muren gereflecteerd voordat ze deze verlaten. De elektronendichtheid voor hogere energieniveaus is aanvankelijk lager dan voor lagere energieniveaus.

Elektronische injectie in de gatgeleidingszone wordt uitgevoerd door directe verbinding vanaf externe bron voeding. Het bevordert ook elektronenrecombinatie op de plaats waar de elektron-gat-overgang grenst aan de rest van de diode (dit gebied is minder dan twee micrometer). Dit alles gebeurt met de parallelle afgifte van fotonen.

Verder worden de elektronen steeds meer geconcentreerd in het gebied van de hogere energieniveaus, totdat ze het niveau van de elektronenconcentratie eronder overschrijden. Na meerdere reflecties van bestaande en het verschijnen van nieuwe inducerende fotonen zal dit leiden tot de vorming van monochromatische lichtstraling die de muren verlaat laserdiode via een speciaal raam.

Er moet aan worden herinnerd dat de laser alleen van toepassing is met het doel om impulsen te creëren, maar niet om de sterkte ervan te vergroten

Omdat het gebruik van een transformator buitenshuis geen enkel voordeel oplevert, zijn gepulseerde energieconverters hier zeer geschikt. Ze kunnen immers absoluut elke batterij of accu gebruiken om het vereiste spanningsniveau te genereren.

Dioden puls bronnen voeding (schakelvermogenseenheden, schakelende voedingen), die hun functionaliteit garanderen, werden hierboven beschreven. Het gebruik van het ene of het andere type hangt af van welke specifieke eigenschappen en parameters moeten worden verkregen bij het creëren van een specifieke voeding. De onafhankelijke constructie van dergelijke blokken is niet bijzonder moeilijk, maar niettemin is dit een onderwerp dat afzonderlijke discussie vereist.