2.7 Ёмкости p-n-перехода

В p-n-переходе есть две основные ёмкости: барьерная и диффузионная.

1. Барьерная ёмкость возникает в диоде за счёт разделения заряда в районе p-n-перехода, и зависит от напряжения на p-n-переходе. Её можно рассматривать как обычный конденсатор, где диэлектрик – область p-n-перехода, а обкладки – границы p-n-перехода.

При изменении напряжения изменяется барьерная ёмкость.

Барьерная ёмкость для резкого несимметричного p-n-перехода:

= , (2.9)

Барьерная ёмкость для плавного p-n-перехода:

= , (2.10)

где N – концентрация примесных носителей заряда;

a – градиент концентрации примесей.

По характеру изменения барьерной ёмкости можно определить, с каким p-n-переходом мы имеем дело: резким или плавным.

Барьерная ёмкость используется в варикапах – полупроводниковых приборах с электронной ёмкостью.

2. Диффузионная ёмкость возникает в диоде за счёт диффузии носителей заряда при прямом включении. Она пропорциональна прямому току через диод.

= . (2.11)

<< .

2.8 Разновидности диодов

2.8.1 Выпрямительные диоды

+ -

Условно по аналогии с лампами один вывод считают анодом, а второй – катодом.

Основные характеристики:

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный ток. Часто используются в низкочастотных переменных токах. Но могут работать на частотах до 1 кГц. Есть специальные выпрямители – до нескольких МГц (КД213 – 100 кГц).

В настоящее время в качестве выпрямительных диодов используются кремниевые диоды. Они более устойчиво работают на обратных напряжениях.

Падения напряжения при прямом включении для Ge: 0,2-0,6 В, для Si: 0,6-1 В.

При обратном включении предельный прямой ток, который может проходить через p-n-переход, - минимальный.

В выпрямительных кремниевых диодах наблюдаются тепловые пробои.

Если необходимо получить диод с большим обратным напряжением, то отдельные кремниевые диоды можно соединять последовательно. Их называют выпрямительным столбом.

= ===(шунтирующие сопротивления).

Для того чтобы получить приборы с большим напряжением пробоя, их соединяют последовательно.

Существует класс выпрямительных диодов – лавинно-пролётные диоды. В этих диодах исключены возможности протекания любых пробоев, кроме лавинного.

Сначала сгорит I, потом II, потом III.

Раньше широко использовались селеновые выпрямители. Для них характерно небольшое падение напряжения ≈ 0,7 В, небольшое обратное напряжение до 60 В.

2.8.2 Импульсные диоды

Эти диоды предназначены для использования в качестве переключающих элементов, а также высокочастотных выпрямительных устройств.

Импульсные диоды работают с короткими импульсами и должны передавать точную форму сигнала.

Для улучшения передачи сигнала необходимо, чтобы паразитные параметры (индуктивности и ёмкости) были минимальны.

В первый момент после подачи напряжения на диод концентрация носителей заряда невелика, поскольку процессы инжекции не могут начаться мгновенно. Со временем она увеличивается, и устанавливается режим . Длительностьопределяется диффузионной ёмкостью диода.

В момент происходит переключение – на диод подаётся обратное напряжение. Т. к. концентрация неосновных носителей вp-n-переходе высока (за счёт инжектированных носителей при прямом включении), то первое время до момента на выходе будет поддерживаться отрицательное напряжение. Диод будет оставаться открытым. За это время неосновные носители будут рассасываться за счёт рекомбинации или ухода в другие области, где они станут основными.

В момент времени концентрация неосновных носителей заряда быстро уменьшиться. И в момент восстановления обратный ток через диод будет равен.

Диод имеет барьерную ёмкость.

В качестве импульсных диодов используют точечные и плоскостные диоды.

=>

В импульсных диодах для уменьшения времени восстановления вводят специальные примеси, создающие ловушки (уровни), уменьшая рекомбинацию.

В качестве примесей используют золото.

Основным параметром является . Чем меньше, тем лучше сигнал.может колебаться от единиц микросекунд до единиц наносекунд.