4.4.3Импульсные диоды
Импульсные диоды предназначены для работы в импульсных, переключающих схемах. От них требуется обеспечение малой длительности переходных процессов происходящих при переходе от включенного состояния диода к выключенному, и наоборот. Обеспечить высокое быстродействие импульсных диодов можно, если они будут иметь малые емкости и малые времена рассасывания неосновных носителей. В дополнение к стандартной системе параметров универсальных диодов для оценки характеристик импульсных вводится ряд специфических.
Емкость диода – это барьерная емкость p-n перехода при определенном обратном напряжении совместно с емкостью корпуса.
Время восстановления обратного сопротивления – это интервал времени с момента подачи на диод запирающего напряжения до момента, когда обратный ток через него достигнет определенного значения Iº, уровень которого составляет единицы – доли мА, (при этом уровень прямого тока также фиксируется). За время
выводится основная доля накопленных
неосновных носителей и условно считают,
что через это время диод закрывается.
(рис. 2.9).
Рис.2.9. Восстановление обратного сопротивления диода.
Иногда быстродействие импульсного диода оценивается другим параметром, который называется зарядом переключения. Он характеризует заряд неосновных носителей, накопленный во время протекания прямого тока и выводимый во внешнюю цепь в виде импульса обратного тока в течение времени . Этот заряд можно рассчитать, проинтегрировав функцию, описывающую обратный ток в течение времени восстановления. Для быстродействующих диодов величина Qпер составляет единицы - десятки пКл.
Еще один параметр – время установления прямого сопротивления.
Рис.2.10. Установление прямого сопротивления диода.
При переключении диода из запертого состояния в открытое ток, вследствие инерционности носителей, не может измениться мгновенно (рис. 2.10). Время, за которое он становится равным стационарному, установившемуся значению называется временем установления.
Все эти эффекты присутствуют и у силовых и у универсальных диодов. Но так как они обычно работают на относительно низких частотах, то влияние данных эффектов будет невелико.
4.4.4Стабилитроны
Специфической
разновидностью полупроводникового
диода является стабилитрон,
вольтамперная характеристика и
обозначение которого на принципиальных
схемах приведены на рис. 2.11. Особенность
стабилитрона состоит в том, что рабочей
является область электрического пробоя
на обратной ветви его ВАХ. Если в данной
области ток через стабилитрон не
достигает величины, превышающей
значение
,
то режим электрического пробоя является
устойчивым, так как перехода в необратимый
тепловой пробой не происходит. В этом
случае при изменении обратного тока в
широких пределах
,
напряжение на стабилитроне остается
практически постоянным и называется
напряжением стабилизации –
.
Рис. 2.11. Вольтамперная характеристика
и обозначение стабилитрона на принципиальных схемах.
ВАХ стабилитрона в принципе ничем не отличается от ВАХ обычного диода, просто его используют несколько необычным образом. Слабая зависимость напряжения стабилизации стабилитронов от тока позволяет создавать источники со стабильным выходным напряжением – стабилизаторы. В простейших стабилизаторах выходное напряжение равно напряжению пробоя .
Для изготовления стабилитронов в основном применяется кремний, при этом разные величины получаются в зависимости от степени легирования полупроводников и различных механизмов пробоя (для < 6 В – туннельного, для > 30 В – лавинного, и смешанного для 6 В < < 30 В). Технологическими приемами можно изготовить стабилитроны с требуемыми напряжениями стабилизации в пределах от двух вольт до сотен вольт.
Вследствие специфичности режима работы таких приборов, они характеризуются параметрами, описывающими свойства обратной ветви ВАХ, основными из которых являются:
– напряжение стабилизации (напряжение пробоя) при заданном токе через стабилитрон;
– минимальный
ток стабилизации – это ток, при котором
еще обеспечивается устойчивый режим
пробоя. Он соответствует началу излома
обратной ветви ВАХ. При меньших токах
пробой будет неустойчивым, напряжение
будет сильно зависеть от тока;
– максимально
допустимый ток через стабилитрон;
– максимальная
рассеиваемая мощность. Определяется
соотношением
.
Если
станет
больше
,
то мощность, выделяемая на кристалле,
превысит допустимое значение
и обратимый электрический пробой может
перейти в необратимый тепловой, что
вызовет разрушение кристалла;Дифференциальное или динамическое сопротивление
.
Оно показывает, на сколько изменяется
напряжение стабилизации при изменении
тока через стабилитрон на 1 ампер.
При протекании тока через стабилитрон он нагревается. Может меняться и окружающая температура, а от этого, изменяются вольтамперные характеристики. У стабилитрона будет меняться напряжение стабилизации, зависимость которого от температуры называется температурным коэффициентом напряжения стабилизации (ТКН) и определяется следующим образом:
.
Рис.2.12. Зависимость ТКН от напряжения стабилизации.
У
обычных стабилитронов значения ТКН
лежат в пределах
.
ТКН определенным образом связан с
напряжением стабилизации (рис. 2.12). У
стабилитронов с
он отрицателен и напряжение стабилизации
с ростом температуры падает, а у приборов
с
- наоборот.
В ряде случаев требуется иметь источник заданного напряжения с очень слабой его зависимостью от температуры, то есть с ТКН близким к нулю. Данную задачу можно решить, соединив последовательно несколько специальным образом подобранных стабилитронов.
Такую цепочку можно представить как некоторый эквивалентный стабилитрон со следующей совокупностью параметров:
Если взять стабилитроны, у которых ТКН имеют разные знаки, и соответствующим образом их подобрать, то ТКН всей системы можно сделать очень маленьким. Вместо дополнительных стабилитронов в ряде случаев можно использовать обычные диоды, включенные в прямом направлении.
ТКН
их прямой ветви всегда отрицателен, а
сама она имеет резкий излом при напряжении
порядка 0,6÷0,8 В. С этой точки зрения
обычный диод можно использовать для
стабилизации низких напряжений (в этом
случае он называется стабистором).
Если у исходного стабилитрона
,
то ТКН системы с диодом можно сделать
близким к нулю, при суммарном напряжении
стабилизации близком к
.
В ряде случаев термокомпенсирующие элементы помещаются в тот же корпус, что и кристалл стабилитрона. Такие приборы называются термокомпенсированными или прецизионными (высокоточными) стабилитронами.
На основе стабилитронов выпускаются так называемые симметричные ограничители напряжения или двуханодные стабилитроны (рис. 2.13). У них в корпусе содержится два идентичных стабилитрона соединенных встречно. Такие приборы имеют специальное обозначение и симметричную вольтамперную характеристику.
Рис.2.13. Двуханодный стабилитрон.