Параллельное соединение диодов

К параллельному соединению прибегают в тех случаях, когда необходимо получить выпрямленный ток больший, чем предельно допустимый прямой ток данного типа диодов. При выполнении такого соединения необходимо учитывать, что все диоды имеют разброс параметров.

VD1 R1

I_вх VD2 R2 I_вых

VD3 R3

Для смягчения разброса параметров последовательно с диодами включают небольшое сопротивление.

Последовательное включение диодов

К последовательному включению диодов прибегают в тех случаях, когда на диод при работе может действовать обратное напряжение, превышающее максимальное обратное напряжение диода. Т.к. обратное сопротивление и ток различны, то обратное напряжение распределено неравномерно. Поэтому последовательное соединение ненадёжно и параллельно с диодами включают резисторы, сопротивление которых на порядок меньше обратного сопротивления диода.

1 2 3

U_вх U_вых

За счёт резисторов выравнивается падение напряжения на каждом диоде, поскольку равны падения напряжения на резисторах.

U_обр.max диода надо выбирать так, чтобы оно на 20% превышало U_{обр.раб}.

Особенности германиевых и кремниевых вд

ВД изготавливаются из монокристаллов. Они могут быть точечными и плоскостными. Особенностью плоскостных диодов является большая ёмкость, что позволяет им работать при меньших частотах. Диоды помещаются в герметизированный корпус, что обеспечивает возможность их работы в условиях высокой влажности и загрязнённости.

T_{раб.гр.Ge}=70C, T_{раб.гр.Si}=150C. Для обеспечения лучшего теплоотвода используется металлический корпус, к которому припаиваются пластины п/п. Часто диоды дополнительно устанавливаются на внешний радиатор и могут иметь устройство для воздушного или жидкого охлаждения.

I_обр.Si< I_обр.Ge

U_пр.Si> U_пр.Ge

j_доп.Si> j_доп.Ge

U_{обр.доп.Si} = 1500 В

U_{обр.доп.Ge} = 400 В.

Различные зависимости напряжения пробоя от температуры: в германиевых диодах – тепловой пробой, в кремниевых – лавинный.

Прямое напряжение Ge уменьшается при увеличении температуры, а Si – увеличивается.

5 4 4

4 3 3 2

3 2 2 1

1 1 2

Селеновый: Медно – закисный: Титановый:

1 – алюминий 1 – медь 1 – титановая пласт.

2 – висмут 2 – закись меди 2 – серебр. плёнки

3 – селен 3 – запирающий слой 3 - ЗС

4 – запирающий слой 4 – закись меди 4 – защитная плёнка

5 – олово + кадмий

В титановом диоде ЗС образован из двуокиси титана, являющимся п/п n-типа при контакте с плёнками серебра, золота или висмута. Могут работать при температурах до 250˚C.

ВЧ - и СВЧ – диоды

Обычно это точечные диоды, который используются на частотах до нескольких сотен МГц для:

• Выпрямления

• Детектирования

• Других нелинейных преобразований.

Площадь их мала, поэтому рассеиваемая мощность 20–30 мВт,

Импульсные диоды

Предназначены для работы в ключевых схемах. Помимо основных параметров для диодов этого типа указываются специальные параметры.

I

I_пр.уст

t

t

U _пр I_пр τ_вос I_обр

U_{пр уст} t

τ_уст

t

_уст характеризует время установления прямого напряжения на диоде (уменьшение пика напряжения до величины 1,2 U_пр установившегося).

Величина _уст характеризуется временем рассасывания неосновных инжектировавших в базу носителей и уменьшением сопротивления базы.

_вос - при переключении U_вх с прямого на обратное инжекция дырок в базу прекращается (в случае, если п/п p-типа является эмиттером).

В базе у запирающего слоя концентрация дырок уменьшается до равновесной, но инжектировавшие ранее дырки не прошли всю базу и в толще базы концентрация дырок выше, чем у ЗС. Часть дырок продолжает диффузионное движение к выводу базы, но большая их часть будет осуществлять движение обратно к эмиттеру, вызывая увеличение обратного тока. Равновесное значение концентрации дырок по всей базе наблюдается через время _вос, когда все вышеперечисленные процессы завершатся.

_вос желательно уменьшать, что достигается следующими способами:

• Легированием базы примесями, которые способствуют рекомбинации неосновных носителей.

• Использованием базы с неоднородной концентрацией примесей. В таких диодах концентрация примесей монотонно увеличивается по мере удаления от ЗС к выводу. В связи с этим неравномерной оказывается и концентрация неосновных подвижных носителей. Следовательно, возникает диффузионный ток (из-за градиента концентрации электронов). Электроны из базы диффундируют к ЗС и обнажают вдали от него неподвижные ионы доноров. Возникает э.п., направленное к ЗС. Под воздействием этого поля инжектирующие в базу дырки прижимаются к границе ЗС и образуют там объёмный заряд дырок с повышенной плотностью. При переключении напряжения с прямого на обратное эти дырки втягиваются полем p-n-перехода за очень малое время.

Помимо этих параметров для ИД указываются U_{пр.имп.max}, I_{пр.имп.max} и их соотношение – импульсное сопротивление.

Ёмкость перехода должна быть маленькой (от 0,1 до 1 пФ).

По времени _вос диоды бывают:

• Миллисекундные (_вос >0,1 мс)

• Микросекундные (_вос >0,1 мкс)

• Наносекундные (_вос <0,1 мкс)

СВЧ – диоды

Используются для детектирования, умножения, преобразования частот СВЧ – колебаний, а также для управления мощностью СВЧ – сигналов.

Конструкция диодов такова, что они могут включаться в коаксиальный и волноводный тракт.

Обычно диоды точечные, с малой междуэлектродной ёмкостью.

Работают на частотах до 10ГГц.

Виды:

• Смесительные

• Детекторные

• Переключающие

Смесительные диоды используются для преобразования сигналов СВЧ диапазона в сигнал промежуточной частоты. На диод, помещённый в отрезок волновода, подаётся сигнал от антенны и гетеродина (маломощный, широкодиапазонный, высокостабильный генератор).

Потери преобразования:

P_СВЧ – мощность сигнала на входе

P_преобр – мощность сигнала на промежуточной частоте

L = 6,5 ..8,5 дБ, т.к. зависит от величины тока через диод.

Температура шумов

Р_шум - мощность шумов, возникающих в диоде

kTf – мощность тепловых шумов в эквивалентном сопротивлении при комнатной температуре

t – температура на уровне мощности от гетеродина в 1 мВт

t = 2 ..3 . Зависит от тока через диод.

L , t

L

t

I_выпр

Максимально допустимая импульсная мощность P_доп. сигнала, подводимого к смесителю. Лежит в пределах от 30 до 150 мВт.

Входное сопротивление смесительного диода Z _вх.

Диод изготавливается так, чтобы было хорошо согласовано входное сопротивление диода с антенной, т.к. в случае неправильного согласования возможно значительное отражение мощности принятого сигнала.

Z _вх = стандартному сопротивлению волнового тракта (50; 75 Ом).

Детекторные диоды характеризуются специальными параметрами:

Чувствительность по току

Добротность

t – температура шумов

R₀ – сопротивление диода в рабочей точке

R _ш – эквивалентное сопротивление шумов ~ 1 кОм.

Переключающие диоды бывают 2 типов:

• Со специальным p-n-переходом

• P-i-N – диоды.

Эти диоды включаются непосредственно в линию передачи СВЧ – сигнала. Работа этих двух диодов основана на изменении комплексного сопротивления при переключении полярности внешнего управляющего постоянного напряжения.

Д иоды со специальным p-n-переходом.

О братное смещение на диод.

L – индуктивность контура L

C _п – ёмкость корпуса C_бар C_п

R _б – сопротивление базы R_д

R _д – дифференциальное сопротивление R_б

C _бар – барьерная ёмкость, много больше C _п.

L

C_бар C_п

R_б

При резонансе сигнал проходит через цепь.

Параметры данного диода подбираются таким образом, чтобы R _д при обратном смещении был много больше X _{C бар} . При прямом напряжении R_д << R _б, C _бар >> C _п - при обратном смещении.

При обратном смещении в диоде «образуется» последовательный контур LC_бар; параметры таковы, что при рабочей частоте наступает резонанс этого контура.

Прямое смещение на диод.

Дифференциальное сопротивление очень мало, барьерная ёмкость отсутствует.

На рабочей частоте наблюдается резонанс параллельного контура LC_п, следовательно, он обладает большим сопротивлением и сигнал через диод не проходит.

L

C_п

R_б

P-i-n диоды

При подаче прямого напряжения происходит двухсторонняя инжекция носителей в i-область. В результате концентрация носителей в ней резко увеличивается, сопротивление уменьшается. И сигнал СВЧ проходит через диод.

При обратном включении i-область обеднена носителями тока, сопротивление её увеличивается, и сигнал не проходит. С целью уменьшения

N, P n i p

N_n N_i=P_i P_p

P_n X

N_i=P_i

U_пр P_n N_n N_p P_p

X

U_обр N_i=P_i

N_n P_n N_p P_p

X

вероятности рекомбинации ширину i-области делают значительно меньше, чем диффузионная длина носителей заряда.