1.9. Импульсные диоды

Полупроводниковые диоды широко используются в качестве ключа – устройства, имеющего два состояния: включенное и выключенное. Время смены состояния диода должно быть минимальным, т.к. оно определяет быстродействие диода. Диоды, предназначенные для работы в режиме ключа, называются импульсными.

Рассмотрим работу диода при воздействии прямоугольного импульса напряжения (рис. 15).

Рис. 15

При прямом смещении p-n перехода происходит инжекция неосновных носителей заряда из эмиттера (n⁺) в базу (p) диода. Поэтому концентрация неосновных носителей n_p превышает равновесную концентрацию n_p0. При переключении смещения с прямого на обратное неосновные носители не могут рекомбинировать мгновенно, начинается обратное движение носителей: инжектированные носители возвращаются к переходу, создавая при этом ток I_обр, который может значительно превосходить ток насыщения I_о. С течением времени концентрация неосновных носителей стремится к равновесной из-за возвращения их через переход и рекомбинации. По мере рассасывания неосновных носителей ток стремится I₀ и достигает его значения в течение времени _восс, называемого временем восстановления обратного сопротивления диода. За это время из тела базы диода выводится заряд неосновных носителей, который называется зарядом переключения.

Вторая причина возникновения импульса обратного тока – заряд барьерной емкости перехода.

При подаче на диод импульса тока, напряжение на диоде устанавливается через время _уст, которое называется временем установления прямого сопротивления диода (рис. 16).

Рис. 16

Снижение напряжения на диоде обусловлено процессом накопления неосновных носителей в базе диода, что приводит к постепенному снижению сопротивления диода при прямом смещении. После окончания импульса тока напряжение на диоде спадает по мере рассасывания неосновных носителей и разряда диффузионной емкости диода.

Таким образом, быстродействие полупроводниковых приборов определяют процессы накопления и рассасывания неосновных носителей, а также процессы перезаряда емкостей перехода. Увеличение быстродействия или снижение _уст и _восс можно достичь снижая _p и _n, а также C_б и C_Д. Длительность переключения зависит также от соотношения I_пр/I_обр, т.к. чем больше I_пр, тем больше скапливается неосновных носителей в базе. Ограничивая прямой ток через диод можно существенно сократить время переключения диода.

Импульсные диоды характеризуются величинами прямого и обратного импульсных токов, которые значительно превышают непрерывные токи.

Быстродействие диода как ключа характеризуют _уст и _восс.

Точечные диоды, обладая малой емкостью перехода, до 5 пф.

1.10. Полупроводниковые стабилитроны

Стабилитроны предназначены для стабилизации и ограничения напряжения в различных схемах.

ВАХ стабилитрона имеет участок с высокой крутизной, где напряжение слабо зависит от тока через диод (обратная ветвь – режим электрического пробоя) (рис. 17).

Существуют стабилитроны общего назначения, прецизионные, импульсные, двуханодные и стабисторы.

Стабилитроны общего назначения применяются в стабилизаторах источников питания, ограничителях напряжения.

Прецизионные применяются в источники опорного напряжения.

Импульсные – для стабилизации импульсных напряжений и ограничения амплитуды импульсов.

Рис. 17

Двуханодные стабилитроны применяются в схемах стабилизаторов и ограничителей с термокомпенсацией.

Стабисторы – для стабилизации малых напряжений.

Принцип работы стабилитронов основан на использовании электрического пробоя (кроме стабисторов).

Высоковольтные стабилитроны (U_ст  6,3 В.) использует лавинный механизм пробоя. Низковольтные (U_ст < 6,3 В.) – туннельный механизм.

Исходным материалом стабилитронов является кремний, обеспечивающий малые обратные токи I_обр и широкий диапазон температур.

Основными параметрами стабилитронов являются:

• напряжение стабилизации U_ст (от 3200В.);

• ток стабилизации I_стmin и I_стmax – диапазон, в котором обеспечивается заданное U_ст;

• дифференциальное сопротивление R_диф, чем меньше R_диф, тем лучше стабилизация (круче ветвь характеристики);

• статическое сопротивление R_с;

• ТК U_ст – температурный коэффициент – оценивает изменение U_ст при изменении температуры.