Принцип работ импульсных диодов

По принципу действия импульсный диод практически не отличается от самого простого – выпрямительного полупроводникового диода с p-n-переходом, при приложении прямого напряжения диод хорошо проводит электрический ток. . Он точно так же открывается при подаче прямого смещения и закрывается поле смены полярности входящего сигнала.

Существенное отличие в поведении импульсного диода состоит в том, что в отличие от обычного диода элемент этого типа не запирается сразу же после приложения обратной разности потенциалов, а в течение некоторого времени (тысячные доли секунды) остается открытым, закрываясь с некоторой задержкой . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . При смене полярности приложенного напряжения диод запирается. Запирание происходит не сразу, сначала происходит резкое увеличение обратного тока, затем, после рассасывания неосновных носителей, восстанавливается высокое сопротивление p-n-перехода и диод запирается.

Параметры импульсных диодов

Для диодов импульсного типа свойственно наличие:

Малых значений предельных импульсных токов (максимально исчисляются в нескольких сотнях мА);

Малых значений предельных обратных напряжений (максимально — десятки вольт).

В число основных параметров импульсного диода входят следующие:

1. емкость;

2. максимальное импульсное прямое напряжение;

3. максимальный импульсный прямой ток;

4. время восстановления обратного сопротивления.

Вольт-амперная характеристика p-n перехода, представляющая зависимость плотности полного тока на границе перехода от напряжения смещения:

, (3.7)

где

. (3.8)

На практике для реальных полупроводниковых приборов используют вольт-амперную характеристику для полного тока через p-n переход:

(3.9)

где , ; S -площадь перехода.

При быстром изменении напряжения (тока) на диоде ток (напряжение) через диод в соответствии со статической характеристикой (3.9) устанавливается не сразу, а через некоторое время, обусловленное инерционностью диода. Инерционность диода связана с конечной скоростью установления концентрации неравновесных носителей при внешнем смещении р-n перехода. Поэтому для импульсных диодов наряду с параметрами, определенными из статической вольт-амперной характеристики, вводят еще ряд параметров, характеризующих инерционность диода. Дополнительной характеристикой является длительность установления прямого напряжения.

Импульс обратного тока

Задержка запирания импульсного диода интересна эффектом, который выражается в кратковременном увеличении обратного тока. Это обусловлено особыми физико-химическими процессами, протекающими в полупроводниковой структуре импульсного диода. В первые доли секунды при прохождении импульса через p-n-переход происходит инжекция неосновных носителей заряда, которые скапливаются в базе диода. И только после того, как данное скопление рекомбинирует и рассосется, диод запирается. Движение неосновных носителей провоцирует возникновение того самого обратного тока, резкое возрастание которого фиксируется при смене полярности входного сигнала. Таким образом, в этот момент возникает классический с точки зрения физики электрический импульс. Его длительность крайне невелика – единицы наносекунд, что и используется в генераторных схемах. Небольшая продолжительность определяется чрезвычайно малой емкостью p-n-перехода, которая редко превышает единицы пикофарад. Как известно, в выпрямительных диодах, для обеспечения их функциональности используются плоскостные p-n-переходы. Их особенность состоит в довольно большой емкости. В импульсных же диодах она должна быть как раз небольшой. Поэтому при производстве данных радиодеталей от плоскостной модели p-n-перехода отказались. Эти элементы изготавливают с помощью микросплавных и планарных методов. Последние применяются при производстве интегральных микросхем для цифрового оборудования.

1. tвосст- время восстановления обратного сопротивления при переключении из прямого направления в обратное в момент t1(рис.4.7). В начальный момент после переключения Ua обратный ток намного больше установившегося (3.8) из-за высокой неравновесной концентрации неосновных носителей, оставшихся от прямого смещения. В течение tвосст концентрация неосновных носителей уменьшается, а обратный ток достигает заданного значения (несколько большего, чем из (3.8), как показано на рис.4.7).

Рис. 4.7

Рис. 4.8

2. tуст -время установления прямого сопротивления диода при переключении из обратного направления в прямое в момент t1 (рис.4.8). В начальный момент включения прямого тока величина прямого напряжения (сопротивления) на p-n переходе больше, чем это следует из (3.7), так как концентрация инжектированных (неосновных) носителей еще мала. В течение tуст концентрация инжектированных носителей достигает величины, близкой к установившейся, а прямое напряжение (сопротивление) уменьшается до 1,1Unp , соответствующего статической вольт-амперной характеристике (3.7). Этот процесс еще характеризуют максимальным импульсным прямым напряжением Unp.имп.max.

3. Сд -емкость диода при заданном смещении. Часто Сд измеряется при Uобр= 5 В.

В табл. 4.4 приведены параметры некоторых импульсных диодов. Импульсные диоды выполняются точечными и плоскостными с малой площадью перехода.

Таблица 4.4 Параметры импульсных диодов

Тип диода	Iпр, мА	Uпр	Uпр.имп	Uобр	Iобр, мкА	tвосст, мкс	tуст, мкс	C (Uобр=5В), пФ
		В
Д18 Д219А КД503А	20 50 20	1 1 1	5,0 2,5 2,5	20 70 30	50 1 10	<0,1 0,5 0,01	<0,08 - -	0,5 15 5

По величине tвост импульсные диоды подразделяются на :

• скоростные, или микросекундные 1мкс< tвост <0,1мс

• сверхскоростные, или наносекундные tвост <0,1мкс