Імпульснідіоди призначені для роботи у швидкодіючих імпульсних схемах. Основними відмінними рисами імпульсних діодів, так само як і високочастотних, є мала площа р-nпереходу та малий час життя нерівноважних носіїв заряду. Основним параметром імпульсних діодів є час відновлення зворотного опору t вісь, Який визначається час, протягом якого діод перетворюється на замкнений стан при миттєвому зміні полярності напруги на діоді з прямого на зворотне. Для імпульсних діодів вказують такі параметри, характерні для випрямних діодів. Конструкція та технологія виготовлення імпульсних діодів аналогічні конструкції та технології виготовлення звичайних високочастотних діодів. У швидкодіючих імпульсних схемах широко використовують діоди Шоттки, площа переходу яких зазвичай становить 20-30 мкм у діаметрі, а бар'єрна ємність не перевищує 1 пФ. Особливістю діодів Шоттки є відсутність інжекції неосновних носіїв заряду напівпровідник, тому основним чинником, впливає тривалість перехідних процесів, є перезаряд лише бар'єрної ємності. Діоди Шоттки можуть працювати на частотах до 15 ГГц, а час перемикання вони становить близько 0,1 нс.

В імпульсних схемах, що формують імпульси з крутими фронтами, застосовують діоди з накопиченням заряду (ДНЗ). У цих діодах домішка в базі розподілена нерівномірно: концентрація її більша в глибині бази і менша біля р-nпереходу, внаслідок чого виникає внутрішнє електричне поле. Це поле перешкоджає проникненню в глиб бази інжектованих при прямому напрузі дірок з р-області до бази, тобто забезпечує їх групування біля кордону р-nпереходу. Крім того, це поле при зворотній напрузі сприяє звільненню бази від неосновних носіїв, внаслідок чого зменшується t вісьу десятки разів і негативний викид імпульсу струму виходить практично прямокутним.

В даний час широке застосування знаходить як високочастотних та імпульсних діодів діоди з p-i-n-структурою. У цих діодах сильнолеговані рі побласті розділені достатньо широкою областюіз власною провідністю. Електричне поле діє тільки в i- області та воно практично однорідне. Бар'єрна ємність p-i-nдіода за рахунок широкої i- області мала і слабко залежить від прикладеного до діода напруги.

Особливість роботи p-i-n-діода полягає в наступному. По-перше, при прямому зміщенні відбувається інжекція електронів з п-області та дірок з р-області в i- область, що призводить до різкого зменшенняпрямого опору діода По-друге, носії струму в i-області переміщуються як з допомогою дифузії, а й дрейфують у полі, що збільшує їх швидкість і зменшує час перенесення носіїв струму. Обидва ці фактори збільшують значення максимальної частотироботи таких діодів. При зворотній напрузі відбувається інтенсивна екстракція носіїв з i- області, що призводить до додаткового зростання зворотного опору. Таким чином, для p-i-nдіодів характерно велике ставленнязворотного до прямого опору, що зумовлює їх добрі імпульсні властивості в режимі перемикання роботи. Крім того, такі діоди можуть комутувати в імпульсі досить високі потужності до кількох десятків кВт.

Як імпульсні діоди знаходять застосування мезадіоди. Їхньою особливістю є технологія виготовлення. Під час виготовлення цих діодів шляхом вибіркового травлення формують конічні виступи – столики, званих «мезами». Така технологія дозволяє отримувати р-ппереходи з дуже малою площею та малою ємністю переходу і тим самим малим часом перемикання

Рис.1.4. Конструкції двох типів імпульсних діодів

Умовно-графічне позначення імпульсного діода таке ж, як і у випрямного, можливі конструкції імпульсних діодів наведені на малюнку 1.4.

Контрольні питання

1. Дайте класифікацію напівпровідникових діодів.

2. Як впливає температура на вольтамперну характеристику германієвих та кремнієвих випрямних діодів?

3. Назвіть основні параметри діодів випрямлення.

4. Які вимоги пред'являються до високочастотних та імпульсних діодів?

5. У чому особливість роботи р-і-пдіодів та діодів з накопиченням заряду (ДНЗ)?

Правила з оформлення Питань на Держстандарти 2012 (ЄС-08):

1. Оформляти у форматі .doc (Word2003); у крайньому випадку – .docx (Word2007/2010).

2. Встановити у файлі на аркуші поля 0.7 см на кожну сторону, книжкова орієнтація.

3. Повинні чітко виділятися абзаци приблизно 1см (Формат\Абзац\Перший рядок: Відступ, 1см)

4. Текст упорядкувати по ширині, картинки – по центру.

5. Увесь текст має бути 14 шрифтом Times New Roman (без ущільнення або розрідження шрифту).

6. Міжрядковий інтервал – Одинарний, можна варіювати від 0.9 до 1.2 заповнення сторінки (Одинарний = Точно: 16пт).

7. Кожне питання бажаноповинен займати 1 або 2 сторінки тексту (з картинками або без), але НЕ БІЛЬШ 3 (трьох) сторінок (якщо великі картинки).

8. КОЖНЕ питання має починатися з нової сторінки, використовуйтеCtrl+ Enterдля переходу на нову сторінкуу Word.

9. Назва питання з номером виділяється жирною з підкресленням, 14 шрифт.

10. У тілі питання потрібні слова (визначення) можна виділяти жирним, але не курсивом і не підкресленим і не регістром.

11. Питання бажаномає займати оптимальне місце сторінці, тобто. заповнювати сторінку повністю. Для цього можна варіювати міжрядковий інтервал від 0,9 до 1,2 (виходячи з установки Одинарний).

12. Позначення (літери, символи) на зображенні бажаноповинні бути 14 розміру (тобто як текст у тілі питання), але НЕ МЕНШЕ, ніж у 2 рази менше від 14 розміру шрифту.

13. Кожна картинка (малюнок) має бути підписана.

14. Колір картинок не відіграє ролі, якщо текст не має прив'язки до кольору.

15. Картинки мають бути чіткими, мати читальні позначення.

16. Для всіх картинок у меню «Обтікання текстом» вибрати «У тексті», в окремих випадках (маленький або сильно витягнутий по вертикалі малюнок) можна «Навколо рамки» і присунути картинку до лівого або правого поля аркуша.

17. У окремих випадках допускається не підписувати назву картинки (якщо маленька, напр. УДО діода, etc.).

18. Картинка може містити назву малюнка (рис.2.12, остання сторінка)

19. Не потрібно вставляти номери сторінок на аркуші.

20. Тематика знайденого матеріалу має абсолютно збігатися з назвою питання, чи багато води лити не треба.

Усі пункти правил мають практичну користь, неодноразово перевірялися та є обов'язковими; дозволять продуктивно редагувати, а згодом і скочувати зібраний нами матеріал. (подробиці? – у личку) by ZX

1.10 Імпульсні діоди

Імпульсний діод– це напівпровідниковий діод, що має малу тривалість перехідних процесів і призначений для застосування імпульсних режимахроботи.

Імпульсні режими – це такі режими, коли діоди перемикаються з прямої напруги на зворотне через короткі проміжки часу, порядку часток мікросекунди, при цьому важливу рольграють тут перехідні процеси. Основне призначення імпульсних діодів - робота в якості комутуючих елементів. Умови роботи імпульсних діодів зазвичай відповідає високому рівню інжекції, тобто відносно великим прямим струмам. Внаслідок цієї властивості та параметри імпульсних діодів визначаються перехідними процесами.

Однією з перших було розроблено конструкцію точкового імпульсного діода (рис. 2.11). Точковий діод складається з кристала германію, припаяного до кристалотримача, контактного електрода у вигляді тонкого дроту та скляного балона. Особливістю точкових діодів є великий опір бази, що призводить до збільшення прямої напруги на діоді.

Мал. 2.11. Конструкція імпульсного діода:

1 – кристал напівпровідника; 2 – кристалотримач; 3 – припій; 4 – контактна пружина; 5 – скляний корпус; 6 - підступна трубка; 7 – зовнішні висновки

У зв'язку з недоліками точкових діодів вони практично повністю витіснені імпульсними діодами, виробництво яких ґрунтується на сучасних продуктивних та контрольованих методах формування p-n-переходів (планарної технології, епітаксійного нарощування). Основним вихідним напівпровідниковим матеріалом при цьому є кремній, а іноді арсенід галію.

Для прискорення перехідних процесів у кремнієвих імпульсних діодах і зменшення значення часу відновлення зворотного опору цих діодів у вихідний кремній вводять домішка золота. Ця домішка забезпечує появу у забороненій зоні кремнію енергетичних рівнів рекомбінаційних пасток та зменшення часу життя неосновних носіїв.

В даний час більшість конструкцій має металокерамічний, металоскляний або металевий корпусзі стрічковими висновками.

Розглянемо процес перемикання такого діода під впливом нього прямокутного імпульсу (рис. 2.12).

При прямому напрузі дільниці відбувається інжекція носіїв з емітерної області у базову та його накопичення там. При зміні полярності напруги на зворотну в перший момент величина зворотного струму буде значною, а зворотний опір діода різко зменшиться, так як накопичені в базі неосновні носії під дією напрямку напруженості електричного поля, що змінилося, почнуть рухатися в бік p-n-переходу, утворюючи імпульс зворотного струму. У міру переходу їх в емітерну область, їх кількість зменшиться і через деякий час зворотний струм досягне нормального значення, а опір діода в зворотному напрямкувідновиться до нормальної величини.

Мал. 2.12. Перехідні процеси в імпульсному діоді

Процес зменшення накопиченого заряду в основі називається розсмоктуванням, а час, протягом якого зворотний струм змінюється від максимального значення до встановленого, називається часом відновлення зворотного опору. Час відновлення зворотного опору – один із найважливіших параметрівімпульсних діодів. Чим воно менше, тим діод краще. Для поліпшення властивостей імпульсних діодів вихідний напівпровідник вибирають з малим часом життя носіїв заряду (для інтенсивнішого процесу рекомбінації в основі), а сам p-n-перехід роблять з малою площею, щоб знизити величину бар'єрної ємності переходу.

Висновки:

Імпульсні діоди працюють у режимі електронного ключа.

Тривалість імпульсів може бути дуже мала, тому діод повинен дуже швидко переходити з одного стану до іншого.

Основним параметром, що характеризує швидкодію імпульсних діодів є час відновлення зворотного опору.

Для зменшення застосовують спеціальні заходи, що прискорюють процес розсмоктування неосновних носіїв заряду на основі.

Вимогам, що пред'являються імпульсним діодам, добре задовольняють діоди на основі бар'єру Шоттки, які мають дуже малу інерційність завдяки відсутності інжекції та накопичення неосновних носіїв заряду в базі.

ВИСОКОЧАСТОТНІ, ІМПУЛЬСНІ ДІОДИ, ВАРИКАПИ

Високочастотні діоди

Високочастотні діоди – прилади універсального призначення. Вони можуть бути використані для випрямлення, детектування та інших нелінійних перетворень електричних сигналів діапазоні частот до 600 МГц. Високочастотні діоди виготовляються, як правило, із германію або кремнію і мають точкову структуру. Конструкція точкового германієвого діода показано на рис. 6.8. Діод складається з кристала германію, припаяного до кристалотримача, контактного електрода у вигляді тонкого вольфрамового зволікання і скляного балона. Розміри кристала становлять 1х1х0,2 мм. Радіус області зіткнення зволікання з германієм зазвичай не перевищує 5-7 мкм.

Для отримання р-ппереходу діод у процесі виготовлення піддають струмовому формуванню. З цією метою через нього прямому напрямку пропускається короткочасний імпульс струму величиною до 400 мА. В результаті формування тонкий шар напівпровідника, що примикає до вістря, набуває дірочної провідності, а на межі між цим шаром і основною масою пластинки виникає р-пперехід. Така конструкція діода забезпечує невелику величину ємності. р-ппереходу (не більше 1 пФ), що дає змогу ефективно використовувати діод на високих частотах. Однак мала площа контакту між частинами напівпровідника з провідністю типу пі рне дозволяє розсіювати в області р-пПерехід значних потужностей. Тому точкові діоди менш потужні, ніж площинні, і не використовуються у випрямлячах, розрахованих на великі напруги та струми. Вони застосовуються, головним чином, у схемах радіоприймачної та вимірювальної апаратури, що працює на високих частотах, а також у випрямлячах на напруги не вище кількох десятків вольт при струмі порядку десятків міліампер.

Включення високочастотних точкових діодів у схему не відрізняється від включення площинних випрямних діодів. Аналогічний принцип роботи точкового діода, заснований на властивості односторонньої провідності р-ппереходу.

Типова вольтамперна характеристика точкового діода показано на рис. 6.9, а. Зворотна гілка характеристики точкового діода значно відрізняється від відповідної гілки характеристики площинного діода.

Через малу площу p- nпереходу зворотний струм діода малий, ділянка насичення невелика і не так різко виражена. При збільшенні зворотної напруги зворотний струм збільшується майже рівномірно. Вплив температури на величину зворотного струму позначається слабше, ніж у площинних діодах, подвоєння зворотного струму відбувається при збільшенні температури на 15-20 ° С (рис. 6.9, б). Нагадаємо (параграф 6.1), що у площинних р-ппереходах зворотний струм зростає приблизно 2-2,5 рази при підвищенні температури на кожні 10°С.

Властивості високочастотних діодів характеризують параметри, аналогічні зазначеним у пункті 6.1. Істотне значення для оцінки властивостей високочастотних діодів мають:

Загальна ємністьдіода ЗД - місткість, виміряна між висновками діода при заданій напрузі зміщення і частоті.

Диференціальний опір rдиф ‒ відношення збільшення напруги на діоді до малого приросту струму, що викликав його.

Діапазон частот ∆f‒ різницю граничних значень частот, при яких середній випрямлений струм діода не менш заданої частки його значення на нижчій частоті.

Високочастотні точкові діоди можуть бути використані в схемах детектування як обмежувачів, нелінійних опорів, комутаційних елементів і т.п.

У Останніми рокамивсе більше застосування знаходять діоди, засновані на випрямляючій дії контакту метал - напівпровідник - так звані діоди Шоттки. На відміну від звичайних точкових діодів, у яких контакт здійснюється притиском металевої голки, у діодів Шоттки контакт є тонкою плівкою металу (золото, нікель, алюміній, платина, вольфрам, молібден, ванадій та ін.). Як було показано вище (параграф 3.8), прилади, які використовують контакт метал – напівпровідник, працюють на основних носіях заряду, що дозволяє суттєво зменшити їхню інерційність, а, отже, підвищити швидкодію. Час перемикання діодів Шоттки із замкненого стану у відкритий і навпаки визначається малою величиною бар'єрної ємності, яка зазвичай не перевищує 0,01 пФ.

Основна перевага діодів Шоттки в порівнянні з діодами на р-ппереходах - можливість отримання менших значень прямого опору контакту, так як металевий шар за цими властивостями перевершує будь-який навіть сильно легований шар напівпровідника.

Малий прямий опір та невелика ємність бар'єру Шоттки дозволяє діодам працювати на надвисоких частотах. Типовий діапазон робочих частот становить 5-250 ГГц, а час перемикання – менше 0,1 нс. Зворотні струми діодів Шоттки малі і становлять кілька мікроампер. Зворотна напруга лежить в інтервалі 10...1000 В.

Слід зазначити, що діоди Шоттки набули поширення порівняно недавно (на початку 70-х років), хоча їх теорія налічує понад 50 років. Це пояснюється тим, що лише в останні роки завдяки вдосконаленню технології виробництва напівпровідникових приладів та інтегральних мікросхем вдалося отримати бар'єри Шоттки з характеристиками та параметрами, близькими до ідеальних.

Імпульсні діоди

Імпульсні діоди призначені для роботи в швидкодіючих імпульсних схемах з часом перемикання 1 мкс і менше. При таких коротких робочих імпульсах доводиться враховувати інерційність процесів включення і виключення діодів і вживати конструктивно-технологічні заходи, створені задля зниження бар'єрної ємності та скорочення часу життя нерівноважних носіїв заряду у сфері р-ппереходу.

За способом виготовлення р-ппереходу імпульсні діоди поділяються на точкові, сплавні, зварніі дифузійні(меза та планарні). Пристрій діодів зазначених груп показано на рис. 6.10.

Конструкція точкових імпульсних діодів (рис. 6.10, а) практично не відрізняється від конструкції звичайних високочастотних діодів. У деяких випадках для покращення характеристик діода на вістря контактної голки наносять домішку (зазвичай індій або алюміній), що утворює акцепторні центри в германії та кремнії. n-Типу. У процесі електроформування приконтактна область напівпровідника сильно нагрівається і безпосередньо під вістрям голки утворюється невелика за розмірами р-область.

У сплавних діодах (рис. 6.10, б) р-пперехід отримують вплавленням кристал напівпровідника електронної провідності шматочка сплаву, що містить атоми акцепторної домішки. Кордон між вихідним монокристалом та сильно легованим р-Шаром є р-пперехід. Зазвичай такий метод використовується для виготовлення кремнієвих імпульсних діодів. При створенні аналогічних германієвих діодів замість методу сплаву використовують метод імпульсного зварювання (рис. 6.10, в). В цьому випадку до кристала германію підводиться тонка золота (з присадкою галію) голка і через отриманий контакт пропускається імпульс струму великої амплітуди, в результаті чого кінець золотої голки зварюється з германієм.

Найбільш швидкодіючі імпульсні діоди отримують методом дифузії донорних або акцепторних домішок твердий напівпровідник.

Проникаючи на деяку глибину напівпровідника, дифузні атоми змінюють тип провідності цієї частини кристала, внаслідок чого виникає р− пперехід. Після отримання дифузійної структури здійснюють хімічне травлення поверхні напівпровідника, після якого р− пперехід зберігається лише всередині невеликої області, яка височить над рештою поверхні у вигляді столика (меза). Такий вид кристала називають мезаструктурою (рис. 6.10, г). Місткість р− ппереходів мезадіодів нижче, а напруга пробою вища, ніж у сплавних чи зварних діодів. Час перемикання мезадіодів вбирається у 10 пс.

Дуже перспективними є діоди, отримані за допомогою планарно-епітаксіальної технології (рис. 6.10, д).При їх виготовленні домішка вводиться в напівпровідник (зазвичай кремній) локально. − через "вікна" в захисній окисній плівці SiO 2 . Отримані при цьому р− ппереходи відрізняються високою стабільністю параметрів та надійністю.

Найпростіша схема включення імпульсного діода наведено на рис. 6.11, а.Під впливом вхідного імпульсу позитивної полярності (рис. 6.11 б) через діод протікає прямий струм, величина якого визначається амплітудою імпульсу, опором навантаження та опором відкритого діода. Якщо на діод, через який протікає прямий струм, подати зворотну напругу так, щоб її замкнути, то діод замикається не миттєво (рис. 6.11, в).

Мал. 6.11. Схема включення (а) та осцилограми

вхідної напруги (б) та струму (в) імпульсного діода

У перший момент спостерігається різке збільшення зворотного струму I 1 через діод і лише поступово з часом він зменшується і досягає встановленого значення Iобр. Зазначене явище пов'язане зі специфікою роботи р− ппереходу і є проявом так званого ефект накопичення.Сутність цього ефекту ось у чому. Під час протікання прямого струму через р− пперехід здійснюється інжекцією носіїв. Внаслідок інжекції у безпосередній близькості до переходу створюється концентрація неосновних нерівноважних носіїв, яка у багато разів перевищує концентрацію рівноважних неосновних носіїв в області р− ппереходу: що більше концентрація неосновних носіїв, то більше вписувалося зворотний струм. Час життя нерівноважних носіїв обмежений − поступово їх концентрація зменшується як за рахунок рекомбінації, так і за рахунок догляду через р− пперехід. Тому через деякий час (τ на рис. 6.11, в)нерівноважні неосновні носії зникнуть; зворотний струм відновиться до нормального значення Iобр.

Основною характеристикою імпульсних діодів є їх перехідна характеристикаВона відображає процес відновлення зворотного струму та зворотного опору діода при впливі на нього імпульсної напруги зворотної полярності (див. рис. 6.11, в).

Основні параметри імпульсних діодів:

Час відновлення зворотного опоруτ в − інтервал часу від моменту проходження струму через нуль після перемикання діода із заданого прямого струму в стан заданої зворотної напруги до моменту досягнення зворотним струмом заданого низького значення.

Заряд перемиканняQпк− частина накопиченого заряду, що витікає у зовнішній ланцюг при зміні напряму струму з прямого на зворотне.

Загальна ємність СД− ємність, виміряна між висновками діода при заданій напрузі зміщення та частоті.

Імпульсна пряма напругаUпр. та − пікове значення прямої напруги на діоді при заданому імпульсі прямого струму.

Імпульсний прямий струм Iпр.і − пікове значення імпульсу прямого струму при заданій тривалості, шпаруватості та формі.

Для імпульсних діодів вказують також величину постійної прямої напруги. Uпр при протіканні постійного струму Iпри величину зворотного струму Iобр при заданій величині зворотної напруги Uобр. Граничні режими визначаються величиною максимально допустимої постійної зворотної напруги Uобр. max максимально допустимою величиною імпульсної зворотної напруги Uобр.і. max , а також величинами максимально допустимого постійного прямого струму Iпр. max і максимально допустимого імпульсного прямого струму Iпр.і. max.

Імпульсні діоди широко застосовуються в імпульсних схемах різного призначення, наприклад, логічних схемахцифрових цифрових обчислювальних машин.

Варикапи

Варикапами називають напівпровідникові діоди, у яких використовується бар'єрна ємність замкненого р-ппереходу, що залежить від величини прикладеного до діода зворотної напруги. Конструкція варикапу показана на рис. 6.12. У кристал кремнію 5 з одного боку вплавлений у вакуумі алюмінієвий стовпчик 4 для отримання р-ппереходу, а з іншого боку - сплав золото - сурма для отримання омічного контакту 6. Ця структура вплавляється у вакуумі в підступний золочений кристалотримач 7. До алюмінієвого стовпчика прикріплений внутрішній висновок 2. З'єднання кристалотримача з балоном 3 і виведенням 1 здійснюється сплавленням.

Для використання властивостей варикапа до нього необхідно підвести зворотну напругу (рис. 6.13).

Як відомо, за відсутності зовнішньої напруги між p і n− областями існують контактна різниця потенціалів (потенційний бар'єр) та внутрішнє електричне поле. Якщо до діода докласти зворотну напругу Uобр (рис. 6.14, а), то висота, потенційного бар'єру між p і n− областями зросте на величину прикладеної напруги (рис. 6.14, б), зросте і напруженість електричного поля в р-ппереході. Зовнішня зворотна напруга відштовхує електрони глибше всередину n- області, а дірки – всередину р-області. В результаті відбувається розширення області р-ппереходу і тим більше, чим вища напруга Uобр (на рис. 6.14, бі в).

Таким чином, зміна зворотної напруги, доданої до р-ппереходу, призводить до зміни бар'єрної ємності між p і n− областями. Величина бар'єрної ємності діода може бути визначена з формули

де е− відносна діелектрична проникність напівпровідника;

S − площа р-ппереходу; d− ширина р-ппереходу.

Формула (6.3) аналогічна формулі для ємності плоского конденсатора. Однак, незважаючи на подібність цих формул, між бар'єрною ємністю та ємністю конденсатора є принципова відмінність. У звичайному конденсаторі відстань між його пластинами, а отже, та його ємність не залежать від напруги, прикладеної до конденсатора. Ширина р-п переходу залежить від величини прикладеного до нього напруги, отже, бар'єрна ємність залежить від напруги: при зростанні замикаючої напруги ширина р-п переходу збільшується, а його бар'єрна ємність зменшується.

Основною характеристикою варикапу є залежність його ємності від величини зворотної напруги (вольтфарадна характеристика). Типова характеристика С = f (Uобр) показано на рис. 6.15. Залежно від призначення величина номінальної ємності варикапів може бути не більше від кількох пикофарад до сотень пикофарад. Залежність ємності варикапа від прикладеної напруги визначається технологією виготовлення р-ппереходу.

Параметри варикапів:

Номінальна ємність Зном - ємність між висновками варикапу при номінальній напрузі зміщення (зазвичай U CM = 4).

Максимальна ємність С max − ємність варикапа при заданій напрузі зміщення.

Мінімальна ємність С min − ємність варикапа при заданій максимальній напрузі зміщення.

контурів

Коефіцієнт перекриття До o − відношення максимальної ємності діода до мінімальної.

ДобротністьQ− відношення реактивного опору варикапа до повного опору втрат, виміряне на номінальній частоті при температурі 20 °С.

Максимально допустима напруга U max − максимальне миттєве значення змінної напруги, що забезпечує задану надійність при тривалій роботі.

Температурний коефіцієнт ємності(ТКЕ) − відношення відносної зміни ємності при заданій напрузі до абсолютної зміни температури навколишнього середовища, що викликала його.

Максимально допустима потужність Р max − максимальне значення потужності, що розсіюється на варикапі, при якому забезпечується задана надійність при тривалій роботі.

Основне застосування варикапу – електронне налаштування коливальних контурів. На рис. 6.16, анаведено схему включення варикапа в коливальний контур. Контур утворений індуктивністю Lта ємністю варикапу З B. Роздільний конденсатор Зр служить для того, щоб індуктивність Lне закорочувала варикап постійного струму. Ємність конденсатора Зр повинна бути в кілька десятків разів більша за ємність варикапа.

Керуюча постійна напруга Uподається на варикап із потенціометра R2 через високоомний резистор R1. Перебудова контуру здійснюється переміщенням двигуна потенціометра R2.

Ця схема має істотний недолік - напруга високої частоти впливає на варикап, змінюючи його ємність. Це призводить до розладу контуру. Увімкнення варикапів за схемою, показаною на рис. 6.16, б, дозволяє значно зменшити розлад контуру при дії змінної напруги. Тут варикапи включені по високій частотіпослідовно назустріч один одному. Тому за будь-якої зміні напруги на контурі ємність одного варикапа збільшується, а іншого зменшується. По постійному напрузі варикапи включені паралельно.

Величезна кількість сучасних електронних пристроїввикористовують у роботі електричні імпульси. Це можуть бути слаботочні сигнали або струмові імпульси (що набагато серйозніше в технічному відношенні) у ланцюгах блоків живлення та інших імпульсних перетворювачів, інверторів і т.д.

А дія імпульсів у перетворювачах - це завжди критичність до тривалості форнтів і спадів, що мають тимчасові межі приблизно того ж порядку, що і перехідні процеси електронних компонентів, зокрема - у тих самих діодах. Тому, при використанні в імпульсних схемах діодів, слід обов'язково брати до уваги перехідні процеси в самих діодах - під час їх включення та вимкнення (під час відкривання та закриття p-n-переходу).

У принципі, щоб скоротити час перемикання діода з невідповідного стану - у провідний і назад, в деяких низьковольтних схемахдоцільно вдаватися.

Діоди даної технології відрізняються від звичайних випрямлювальних діодів наявністю переходу метал-напівпровідник, який хоч і має виражений випрямний ефект, але в той же час має порівняно малу прохідну ємність переходу, заряд в якій накопичується в настільки некритичних кількостях і так швидко розсмоктується, що схема з діодами Шоттки може працювати досить високої частоті, коли час перемикання має порядок одиниць наносекунд.

Ще один плюс діодів Шоттки - падіння напруги на їхньому переході складає всього близько 0,3 вольт. Отже, головна перевага діодів Шоттки - у них не витрачається часу на накопичення та розсмоктування зарядів, швидкодія тут залежить лише від швидкості перезаряду невеликої бар'єрної ємності.

Що ж до , то початкове призначення даних компонентів взагалі передбачає роботу в імпульсних режимах. Імпульсний режим для випрямного діода - це нетиповий, позаштатний рижим, тому особливо високих вимогдо швидкодії випрямлювальних діодів розробниками не пред'являється.

Випрямлювальні діоди використовуються в основному для перетворення низькочастотного змінного струмув постійний або пульсуючий, де зовсім не потрібна мала прохідна ємність p-n-переходу і швидкодія, частіше потрібні просто більша провідність і, відповідно, висока стійкість до відносно тривалого безперервного струму.

Випрямні діоди відрізняються тому малим опором у відкритому стані, більшою площею p-n-переходу, здатністю пропускати великі струми. Але за рахунок значної площі переходу ємність діода отримує більше - близько сотень пікофарад. Це дуже багато для імпульсного діода. Для порівняння, у діодів Шоттки прохідна ємність має порядок десятків пікофарадів.

Отже, імпульсні діоди - це діоди, що спеціально розробляються для роботи саме в імпульсних режимах у високочастотних ланцюгах. Їх важливою відмінною особливістювід випрямлювальних діодів є короткочасність перехідних процесів через дуже малу ємність p-n-переходу, яка може доходити до одиниць пікофарад і бути ще меншою.

Зменшення ємності p-n-переходу в імпульсних діодах досягається шляхом зменшення площі переходу. Як наслідок, потужність, що розсіюється на корпусі діода, не повинна бути дуже великою, середній струм через перехід малої площі не повинен перевищувати максимально допустимого значення, що вказується до документації на діод.

Часто як швидкодіючі діоди використовують діоди Шоттки, проте вони рідко відрізняються високою зворотною напругою, тому імпульсні діоди виділені як окремий типдіодів.

Діодом імпульсного типуназивають діод має малу тривалість перехідних процесів і є складовою імпульсної схемипрацює на високій частоті.

Для цих цілей найбільш підходять діоди з оптимізованими власними ємністю та часом, що потрібні на те, щоб зворотний опір відновився. Досягнення необхідного показника за першим параметром відбувається при зменшенні довжини та ширини p-n- Переходу, це відповідно позначається і на зменшенні допустимих потужностей розсіювання.

По другому - при використанні сильно легітованих напівпровідникових елементів(наприклад, легітація кремнієвої пластини використовується золото).

Для діодів імпульсного типу властива наявність:

• Малих значень граничних імпульсних струмів (максимально обчислюються у кількох сотнях мА);

• Малих значень граничної зворотної напруги (максимально — десятки вольт).

Розмір бар'єрної ємності у діода імпульсного типу найчастіше становить менше 1пФ (піко Фарад). Що ж до часу життя неосновних носіїв, воно не перевищує 4 нс.

Для діодів даного типухарактерна здатність до пропускання імпульсів тривалістю трохи більше мікросекунди при струмах з широкою амплітудою. Якщо діод точковий (у сенсі конструкції), йому властиво працювати на частотах близько 1ГГц.

Типи імпульсної діодної конструкції:

• Планарна;
• Меза-планарна;
• Сплавна;
• Зварювальні.

Діод (імпульсний)має широкий спектр областей застосування, в тому числі з його допомогою можна сконструювати електронний ключ, генератор, модулятор, формувач імпульсів та демпфер.

По суті імпульсний діод виконує самі функції, як і стандартний діод напівпровідникового типу, що володіє p-n — переходом. У момент дії прямої напруги він демонструє хорошу електропровідність. Крім того, у разі зміни полярностей відбувається перекривання діода. Перекривається він не в одну мить, а в кілька етапів:

• Збільшується сила зворотного струму;
• Розсмоктуються неосновні носії;
• Протікає відновлення високого опору на p-n переході;
• Діод замкнений.

За якими параметрами слід оцінювати імпульсний діод:

1. За загальною ємністю.
2. За максимальною прямою напругою.
3. За максимальним імпульсним струмом.
4. За тимчасовим проміжком, що вимагається, щоб після імпульсного впливу прямим струмом було досягнуто необхідне значення по прямому напрузі (цей параметр залежить від того, наскільки швидко будуть пересуватися неосновні носії заряду (ННЗ) від переходу до бази, що призводить до того, що опір на основі знижується).
5. По часовому проміжку, що потрібне відновлення зворотного опору. Початок відліку відбувається в ту мить, коли струм пропускається через «0» (після того, як було виміряно полярність прикладеної напруги), а кінець - коли буде досягнуто задане мале значення.

Феномен відновлювального періоду обумовлюється існуванням заряду, що нагромадився в діодній основі у той час, коли подавався імпульс. Щоб замкнути діод, потрібно тим чи іншим способом позбутися цього заряду.

Це може статися завдяки рекомбінаціям та поверненню ННЗ до зони емітера. Ця діявпливає на зворотний струм, його сила зростає. Після зміни полярностей напруги протягом певного часового інтервалу змін зворотного струму, який обмежується лише впливом зовнішнього опору ланцюга практично не відбувається. У той же час ННЗ, що накопичилися в діодній основі під час подачі імпульсу, розсмоктуються.

Після завершення деякого тимчасового відрізка ННЗ поруч із переходом набувають рівноважної концентрації, однак, у більш глибинній частині бази заряд, як і раніше, залишається нерівноважним. Але на Наразізначення зворотного діодного струму стає статичним. Повністю він перестане змінюватися, коли скупчений всередині бази заряд повністю розсмокчеться.

Діод Шоттки

Для імпульсних ланцюгів швидкої діїхарактерно застосування діодів із бар'єром Шоттки. У таких пристроях зона переходу розміщується у місці зчеплення металу та напівпровідника. Сконструйовані подібним чиномдіоди не вимагають додаткового часу, щоби заряди всередині бази накопичувалися, а потім розсмоктувалися. Ключовим параметромтут стає лише та швидкість з якою перезаряджається бар'єрна ємність.

За своїми вольт-амперними характеристиками діоди Шоттки дуже схожі з діодами, робота яких заснована на дії p-n- Переходу. Вся різниця полягає в тому, що на перших восьми - десяти десятках прикладеної напруги, графік дії практично точно рухається експонентом, при цьому обсяги зворотних струмів вкрай невеликі (до декількох десятків нА).

З погляду конструкції діоди даного типу являють собою напівпровідникову пластину (матеріал: низькоомний кремній), покриту епітаксійною плівкою (високоомною), що має аналогічну за типом електропровідність. Сама плівка також має покриття у вигляді вакуумного металевого напилення.

До сфери застосування діодів Шоттки можна також віднести випрямлячі великих струмів і пристрої, що логарифмують. Детальніше про діод Шоттки

Випрямний діод

Щоб отримати однополярну пульсуючу напругу при випрямленні змінного, зазвичай застосовується випрямнийдіод. Дія пульсуючої напруги згладжується (зазвичай за допомогою конденсатора) і на виході вона стає постійною. Конструювання випрямного діода аналогічно конструювання його площинного різновиду. Це зумовлено їх низькочастотним режимом роботи і великою силою прямого струму, що йде електронно-дірковим переходом.

Для випрямних діодів малої потужності властиво розсіювання власної теплової енергії за допомогою власної зовнішньої оболонки, як наслідок, вони не потребують охолоджуючих пристроях. Випуск випрямних діодів можливий як формі дискретного компонента, і у вигляді діодних сборок.

Величина зворотної напруги для випрямного діода, що перевищує максимально допустимий, може стати причиною пробою. Запобігти цьому можливо послідовним з'єднаннямгрупи попередньо шунтованих діодів (шунтування за допомогою високоомного резистора дозволяє рівномірно розподілити напругу по всіх компонентах).

Негативну дію прямого струму зайвої сили можна мінімізувати і навіть запобігти за допомогою паралельно з'єднаних діодів. Покази по опору, навіть для діодів від одного виробника і вироблених одночасно, можуть сильно відрізнятися. Тому, для збереження цілісності діода з нижчими показниками, виробляється послідовне підключеннядо низькоомних резисторів. Це сприяє зрівнюванню сили прямих струмів, що проходять усередині діодів.

Лазерний діод

Під терміном лазер розуміється випромінювання монохроматичного типу оптичному хвильовому діапазоні, одержуване з допомогою квантових генераторів. Лазери, конструкція яких базується на напівпровідниках, виступають інструментом створення лазерних діодів. Як база для конструювання діодів потрібно використання площинного електронно-діркового переходу. Він формується за допомогою напівпровідника, що має провідність електронного типу(наприклад, арсенід галію).

Конструкція лазерного діода

Між гранями напівпровідникових пластин, що виступають як основа утворення електронно-діркового переходу, служать для формування резонатора Фабрі-Перо. Фотони всередині цього своєрідного «коридора» відбиваються від стін тисячі разів, перш ніж покинути його. Концентрованість електронів для вищих енергетичних рівнів спочатку менше, ніж нижчих.

Електронну інжекцію в зону діркової провідності виробляють при здійсненні прямого включення від зовнішнього джерелаживлення. Також це сприяє здійсненню електронної рекомбінації на місці, де електронно-дірковий перехід межує з рештою діода (ця зона становить менше двох мікрометрів). Все це відбувається при паралельному виділенні фотонів.

Далі електрони дедалі більше концентруються у сфері верхніх енергетичних рівнів, до того часу, доки перевищать рівень концентрації електронів внизу. Після багаторазового відображення наявних і поява нових індукуючих фотонів призведе до формування монохроматичного світлового випромінювання, що залишає стіни. лазерного діодаза допомогою спеціального віконця.

Необхідно пам'ятати, що лазер застосовується лише з метою створення, але не збільшення сили імпульсів

Зважаючи на те, що використання трансформатора поза домом не несе ніякої користі, то тут імпульсні перетворювачі енергії виявляються доречними. Адже вони здатні використовуючи будь-яку батарею або акумулятор, формувати потрібний рівень напруги.

Діоди імпульсних джерелживлення (імпульсних силових блоків, імпульсних блоків живлення), що забезпечують їхню працездатність, були описані вище. Застосування того чи іншого різновиду залежить від того, які саме властивості та параметри потрібно отримати при створенні конкретного блоку живлення. Самостійне конструювання подібних блоків не становить особливої ​​складності, але це тема, що вимагає окремого обговорення.