обратную, сопротивление

диода не может мгновенно измениться от Rпр.

до Rобр.,

требуется определенное время.

Интервал времени от момента переключения диода с прямого напряжения на

обратное, в течение которого Rобр. перехода полупроводникового

диода восстановится

до постоянного значения,

называется временем восстановления обратного сопротивления

и обозначается

τвосст.

На импульс

Iобр.

оказывает также влияние емкость диода Сд. При переходе на

Uобр.

эта емкость заряжается и ток заряда повышает импульс

I бр.. Понижение τвосст. в

импульсных диодах достигается в основном путем ускорения

процесса рекомбинации в

базе

(примесь

Au

в базе), а также понижением емкости

диода (применение

микросплавных переходов). Значительное понижение τвосст. дает использование

диода с

контактом металл - полупроводник (диоды Шотки). Эти диоды работают без инжекции не

основных носителей в базу, а значит, у них нет накопления и рассасывания этих

носителей в базе. Инерционность диодов Шотки обусловлена лишь их емкостью.

§ 4.

СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ДИОДЫ.

Диоды СВЧ предназначены для работы в диапазонах сантиметровых и

миллиметровых волн (108…109 Гц).

Такие диоды делятся на:

—

смесительные,

используемые

в

супергетеродинных радиолокационных

приемниках в качестве нелинейного элемента;

—

видеодетекторные, предназначенные для детектирования СВЧ сигнала;

—

параметрические, применяемые в параметрических усилителях СВЧ;

—

переключающие,

служащие для электронного переключения цепей СВЧ;

—

умножительные,

используемые для умножения частоты путем получения

высших гармоник исходной частоты за счет нелинейности диода;

Диоды

СВЧ

изготовляют

из

полупроводников с

малым

удельным

сопротивлением (с большой концентрацией

примеси в базе), и они имеют точечный p-

n-переход очень малых размеров.

Этим достигается быстрая рекомбинация носителей

заряда в базе и малая емкость перехода.

Пробивное напряжение у СВЧ

диодов составляет единицы В. Из-за очень малой

площади перехода максимально допустимый

Iпр. также мал (15…20 мА).

В связи с этим в настоящее время в качестве переключательных СВЧ диодов

большое применение находят диоды с PIN –структурой.

Рассмотрим работу

диода с PIN-

структурой. В них между

p- и n-

областями

расположена область полупроводника с собственной проводимостью.

Без внешнего напряжения в данной структуре

образуются два перехода: PI и IN (рис.7). При одинаковой

концентрации примесей в

p- и

n-

областях в момент

образования структуры дырки из

p-области,

а свободные

электроны из

n-области

начнут

примерно в равном

количестве диффундировать в

i-область.

При этом

последняя не будет приобретать избыточных зарядов, а в

p- и n- областях будут выступать собственно не скомпенсированные отрицательные

заряды атомов акцепторной примеси и положительные заряды атомов донорной

примеси.

Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока

Iдиф. в каждом переходе не

уменьшится до

значения

встречного

Iтепл.,

образованного

не основными

носителями

§ 5.

СТАБИЛИТРОНЫ.

Полупроводниковым стабилитроном называется Si диод, работающий в

режиме электронного пробоя и предназначенный для стабилизации напряжения.

Стабилитроны изготавливаются по особой технологии из кремния

с низким

удельным сопротивлением. Структура стабилитрона аналогична диоду (рис.1.1).

Если

p-n-переход смещен в прямом направлении,

характеристика

стабилитрона

похожа на прямую ветвь ВАХ диода (рис.1.6).

Начиная с напряжения

Uст стабилитрон работает

в режиме электроческого

(лавинного или туннельного)

Iпр

пробоя, в этом случае обратная ветвь характеристики

(рис.1.6)

почти параллельна оси токов

Iобр.

Если

балластным

сопротивлением

ограничить

величину

обратного

тока,

то

такой

участок

характеристики

можно использовать для стабилизации напряжения на

нагрузке.

Напряжение

на

рабочем

участке

Uобр

Uпр

характеристики

ВА

называется

напряжением

Iст мин

стабилизации. При значительном изменении тока (от

∆ Iст

минимального

до

максимального)

напряжение

∆Uст

стабилизации изменяется незначительно.

Iст макс

Изменения

напряжения

стабилизации

Iобр

определяются

динамическим

сопротивлением

Рис.1.6. Вольт-амперная

стабилитрона, которые обычно составляют единицы-

характеристика стабилитрона

десятки Ом: Rд = 'Uст / 'Iст ,

(1.3)

где

'Uст – приращение напряжения на участке стабилизации;

'Iст

- приращение

тока на участке стабилизации.

Кроме низкого динамического сопротивления, кремниевые стабилитроны имеют

ещё ряд

преимуществ:

малые

габариты и вес, хорошую повторяемость величины

напряжения

стабилизации

Uст.

Важной

характеристикой стабилитрона является

коэффициент стабилизации:

∆UВХ

⁄ UВХ

ст

kст

= —————— , (1.4)

Uст

А∆Uст

∆UСТ

⁄ UСТ

В

Величины

Uвх,

'Uвх,

Uст,

'Uст

определяются из зависимости

Uст

= f(Uвх) (рис.1.7)

∆Uвх

на рабочем участке.

Применение

Si

в

качестве

исходного

Uвх мин

Uвх макс Uвх

материала

при

изготовлении

стабилитронов

объясняется

малым

значением

и

слабой

Рис.1.7.

Зависимость напряжения

зависимостью от температуры Iобр.

у

Si диодов.

стабилизации от внешнего напряжения

Поскольку электронный пробой

в

диоде

имеет

место при

Uобр., последнее является рабочим напряжением для стабилитрона.

На рис. 8а показана ВАХ

Si

стабилитрона, а на рис. 8б – схема стабилизации

напряжения с помощью стабилитрона.

Точка 1

соответствует минимальному значению тока, при котором обеспечивается

режим (стабилизации)

электронного

пробоя.

Точка 3 соответствует максимально

допустимой

мощности,

рассеиваемой

диодом при обратном включение.

Схема

стабилизации рассчитывается так,

чтобы при номинальном входном напряжении

Uвх.

через сопротивление нагрузки

R

.

протекал требуемый ток, при котором напряжение на

нагрузке и стабилитроне было

равно напряжению стабилизации Uст, а ток, протекающий

через стабилитрон, равен Iст.ср. (точка

2). Процесс стабилизации напряжения на нагрузке

протекает следующим образом. Если,

например,

Uвх. повышается, то RVD понижается,

ток через него повышается, а UVD (равное Uст.) на нем и на нагрузке почти не изменится.

Излишек напряжения гасится на балластном сопротивлении Rб.

Rб. = ( Eср.

– Uст.) / (Iср. + Iн)

где

Eср. = 0,5 (Emin +Emax) – среднее напряжение источника;

Iср. = (Imin

+Imax) – средний ток стабилитрона;

Iн = Uст. / Rн – ток нагрузки;

Uст.

стабилитрона зависит от удельного сопротивления базы (определяемого

концентрацией примеси):

чем больше удельное сопротивление базы,

тем

выше

напряжение

стабилизации.

Промышленностью выпускаются стабилитроны с

напряжением стабилизации

3,3…180

В.

Работу схемы в данном режиме можно объяснить так. Поскольку RБ

постоянно

и падение напряжения на нем, равное

E – Uст.,

также постоянно, то и ток в

RБ, равный

Iср. + I ср., должен быть постоянным.

Но последнее возможно только в том случае, если

ток стабилитрона I и ток

Iн

изменяются в одинаковой степени, но в противоположные

стороны. Например, если

Iн повышается, то ток

I на столько же понижается, а их сумма

остается неизменной.

Для получения более высоких стабильных напряжений применяется

последовательное

соединение

стабилитронов,

рассчитанные на одинаковые токи

(рис. 10).

Эффективность стабилизации

напряжения

характеризуется

коэффициентом

стабилизации

kст.,

который показывает,

во сколько раз

относительное изменение напряжения на выходе

схемы стабилизации меньше,

чем относительное

изменение напряжения на входе.

Для простейшей

схемы по рис. 8б можно написать:

kст. =( ∆E / E ) / (∆Uст. / Uст.) = (∆Uвх. / U

вх.) / (∆Uвых. / Uвых)

Практически

полупроводниковый стабилитрон может

обеспечить

kст., равный

нескольким десяткам. При каскадном соединении общий

kст.

равен произведению kст.

отдельных звеньев (ячеек):

kст. = kст. 1

· kст. 2

· ….

Недостаток

рассматриваемых

схем стабилизации состоит в том,

что потери

мощности в самом стабилитроне и

на

RБ

велики, особенно в схеме каскадного

соединения.

§ 6.

ВАРИКАПЫ.

Варикапом

–

называется полупроводниковый диод,

действие которого

основано на использовании зависимости барьерной емкости от

Uобр. и который

предназначен для применения в качестве электрически управляемой емкости.

Варикапы широко применяются в схемах автоматической подстройки

частоты, частотной модуляции, в параметрических усилителях.

На рис.11

показана простейшая схема

включения варикапа в колебательный контур.

Изменяя с помощью потенциометра R

Uобр. на

варикапе,

можно изменять резонансную частоту

контура.

Добавочный

резистор

R1 с большим

сопротивлением

включен

для

того,

чтобы

добротность контура не снижалась заметно от

шунтирующего

влияния

потенциометра

R.

Конденсатор

Ср

является разделительным.

Без

него варикап был бы для постоянного

напряжения замкнут накоротко катушкой

L.

Варикап

имеет

Si

p-n-переход,

полученный сплавным

или

диффузионным

методом, плоскостной.

§ 8.

ОБРАЩЕННЫЕ ДИОДЫ.

На

практике

находят

применение

обращенные

диоды.

Примерная

ВАХ

обращенного

VD

показана на

рис.13.

У

обращенных

диодов

обратная

ветвь

характеристики используется в качестве прямой, а прямая –

в качестве обратной.

Достоинством обращенных

диодов

является

очень малое

«прямое» напряжение.

Благодаря

этому они обладают более высокой чувствительностью, чем

другие

диоды

при

работе

в качестве

детектора.

«Обратное»

напряжение у обращенных диодов тоже

невелико (0,3…0,5 В).