Лекции / Старосельский.2005 / ЭКТ4 / 9,10 / 2

160

Часть 10. Диоды с накоплением заряда (ДНЗ)

1. Назначение и устройство

ДНЗ предназначены для обострения фронтов перепада напряжения.

В области перехода от n- базы к n⁺- базе существует сильное встроенное поле

.

Для дырок, инжектированных из эмиттера, это поле является тормозящим.

При

область поля является отражающей границей для дырок, инжекти-рованных из эмиттера.

При и :

,

где Q и — заряд и время жизни неосновных носителей в базе, — время их пролета через базу толщиной .

Из-за сильного тормозящего поля , и

, (1.1)

причем почти весь заряд Q со-средоточен в n-базе толщиной .

Если к диоду приложить обратное напряжение, заряд Q отсасывается через закрытый р-п переход за время пролета дырок через n- базу:

. (1.2)

При малой толщине n- базы это время очень мало ().

Таким образом, в базе ДНЗ при V > 0 накапливается большой заряд , который при V < 0 рассасывается за малое время .

2. Формирование короткого перепада напряжения на ДНЗ

Рассмотрим процесс выключения ДНЗ перепадом напряжения с длительностью фронта , поступающего через сопротивление R >> r_В .

Пока граничная концентра-ция дырок , напряжение на диоде имеет небольшую положительную величину 1 В.

Полагая , получим:

;

.

Согласно (1.1) к моменту в п-базе накоплен заряд неосновных носителей

. (1.3)

Обратный ток через ДНЗ успевает достигнуть значения , если за время фронта входного перепада заряд не рассосется под действием рекомбинации (за время ) и под действием тока (за время ), остасывающего дырки из базы. Приближенно длительность этого процесса можно оценить соотношением

. (1.4)

Величина тока сохраняется до момента . В этот период времени обратный ток через диод обеспечивается соответствующим градиентом концентрации дырок при : . Величина тока определяется не диодом, а внешней цепью.

В момент граничная концентрация дырок . Далее градиент концентрации дырок при не может оставаться постоянным, и обратный ток резко спадает до малого стационарного значения за время

. (1.5)

Если емкость нагрузки С_L = 0, с такой же скоростью возрастает обратное напряжение на диоде. Таким образом, фронт выходного сигнала укорачивается, а амплитуда выходного перепада составляет

. (1.6)

Фронт выходного сигнала не зависит от фронта входного, пока . (1.7)

Из (1.4) и (1.5) коэффициент обострения фронта входного сигнала

. (1.8)

Значение достигается при и может составлять ~1000. Практически на выходе всегда существует некоторая емкость , для заряда которой необходимо время

. (1.9)

При условии из (7) , и из (1.6):

. (1.10)

3. Основные требования к ДНЗ

1). Большое время пролета неосновных носителей через всю базу (обеспечивается большой заряд, накопленный в базе до запирания ДНЗ и, следовательно, возможность использования входного сигнала с большим фронтом).

2). Малое время пролета неосновных носителей через n- базу (это время определяет минимальный фронт выходного сигнала).

ДНЗ широко применяются в измерительной технике для формирования больших перепадов напряжения (1…5 В) с фронтом ~ 10…100 пс.