7.7. Диоды Ганна

Д иоды Ганна используются в основном для генерирования колебаний ВЧ и СВЧ. В основе принципа действия этих диодов лежит эффект Ганна, связанный с особой зависимостью подвижности носителей заряда от напряженности электрического поля.

Работающий диод Ганна формирует импульсный ток с длительностью импульсов порядка 10^-10 с. Временная диаграмма тока диода Ганна в режиме накопления заряда приведена на рис.

7.8 Варикапы (УГО )

Варикап – это полупроводниковый диод, действие которого основано на импользовании зависимости емкости р-п-перехода от обратного напряжения. Предназначен для применения в качестве электрически управляемой емкости. Широко применяются в схемах автоматической подстройки частоты.

Н а рис. показана примерная зависимость барьерной емкости р-п-перехода от обратного напряжения.

Барьерная емкость определяется по формуле:

,

где S – площадь перехода в см²; N_d- концентрация донорной примеси; U-обратное напряжение.

Параметры варикапов:

• С_н – номинальная емкость – емкость между выводами, измеренная при заданном обратном напряжении;

• К_С – коэффициент перекрытия по емкости – отношение емкостей варикапа при двух заданных значениях обратных напряжений;

• Q – добротность варикапа – отношение реактивного сопротивления варикапа на заданной частоте к сопротивлению потерь при заданной емкости или обратном напряжении;

• – температурный коэффициент емкости, представляющий собой относительное изменение емкости варикапа, приходящееся на один градус изменения температуры окружающей среды;

• U_обр.max – максимально допустимое обратное напряжение;

• Р_max- – максимально допустимая рассеиваемая мощность.

Относительное изменение емкости неодинаково для различных абсолютных значений температуры. Поэтому в справочниках обычно приводится температурная зависимость коэффициента α. Добротность варикапа также зависит от температуры.

7.9 Стабилитроны (УГО )

Полупроводниковый стабилитрон – это кремниевый диод, работающий под обратным напряжением в режиме электрического пробоя и предназначенный для стабилизации напряжения в нелинейных цепях постоянного тока.

Для стабилизации высокого напряжения U_ст > 3 В используют обратную цепь ВАХ. Для стабилизации небольших значений U_ст 1,5 В используют прямую ветвь, а применяемые в этом случае диоды называются стабисторами.

Промышленность выпускает стабилитроны с напряжением стабилизации от 3,3 до 180 В.

Применение именно кремния в качестве исходного материала объясняется малым значением и слабой зависимостью от температуры обратного тока у кремниевых диодов.

Стабилитрон включается в схему параллельно нагрузке, а в неразветвленную цепь включается балластное сопротивление.

Н а рис. ниже приведена схема включения и ВАХ кремниевого стабилитрона.

Точка 1 на ВАХ соответствует минимальному значению тока, при котором обеспечивается режим электрического пробоя. Точка 3 соответствует максимально допустимой мощности, рассеиваемой диодом при обратном включении.

Схема стабилизации рассчитывается так, чтобы при номинальном входном напряжении U_вх и заданном токе в нагрузке R_H, при котором напряжение на нагрузке и стабилитроне было бы равно напряжению стаби­лизации U_СТ, а ток, протекающий через стабилитрон, был равен среднему значению между максимально и минимально допустимыми токами стабилизации I_{ст ср} (точка 2). Процесc стабилизации напряжения на нагрузке протекает следующим образом.

Если, например, входное напряжение повысилось, то сопротивление стабилитрона уменьшится, ток через него возрастет, а напряжение на нагрузке почти не изменитея. Излишек напряжения гасится на балластном резисторе.

Основные параметры стабилитронов:

• U_СТ – напряжение стабилизации, т.е. напряжение на стабилитроне при протекании заданного тока стабилизации;

• R_ст – дифференциальное сопротивление стабилитрона, т.е. ;

• α_ст – температурный коэффициент напряжения стабилизации, т.е. отношение относительного изменения напряжения стабилизации к абсолютному изменению температуры окружающей среды при постоянном токе стабилизации: .

Предельные параметры определяют границы эксплуатации режимов, при которых компонент может работать в течение гарантированного срока. Для стабилитронов предельные параметры:

- I_{ст min} – минимально допустимый ток стабилизации (наименьший ток через стабилитрон), при котором напряжение U_СТ находится в заданных пределах;

• I_{ст max} – максимально допустимый ток стабилизации (наибольший ток через стабилитрон), при котором напряжение U_СТ находится в заданных пределах, а температура перехода не выше допустимой;

• Р_max – максимально допустимая рассеиваемая мощность, при которой не возникает теплового пробоя р-п-перехода.