2.7 Импульсные диоды

Импульсные диоды являются разновидностью высокочастотных диодов и предназначены для использования в качестве ключевых элементов в быстродействующих импульсных схемах. Помимо высокочастотных свойств импульсные диоды должны обладать минимальной длительностью переходных процессов при включении и выключении.

После включения прямого тока (рисунок 8, а) в базе диода вблизи p – n перехода возникает избыточная концентрация неосновных носителей заряда, в результате чего снижается прямое сопротивление диода, а следовательно, напряжение на диоде превышает установившееся (рисунок 8, б).

Отношение называется наибольшим импульсным сопротивлением ( ). Поскольку избыточный неравновесный заряд в базе рассасывается за время, которое не меньше времени жизни неосновных носителей (время, в течении которого концентрация неравновесных носителей уменьшается в ε раз, для германия и кремния это время лежит в пределах (10 – 100 мкс.), то напряжение на диоде снижается до за конечный промежуток времени, называется временем установления прямого сопротивления (напряжения) . Наиболее эффективный способ снижения – уменьшение толщины базы.

Если быстро изменить на запирающее (рисунок 8, в), то обратный ток резко возрастет до значения (рисунок 8, г) за счет того, что накопившиеся в базе (n – слое) при протекании прямого тока дырки втягиваются полем p – n перехода обратно в эмиттер (р – слой). При этом обратное сопротивление резко уменьшится. В результате последующего процесса рекомбинации дырок с электронами, занимающего конечный отрезок времени, концентрация дырок достигает равновесного значения, а обратный ток уменьшится до установившейся величины . Промежуток времени с момента прекращения прямого тока до момента, когда обратный ток достигает своего установившегося значения , называется временем восстановления обратного сопротивления (тока)  _вост. диода.

Как и выпрямительные, импульсные диоды характеризуются статическими параметрами и , а также параметрами предельного режима и . Основными же являются импульсные параметры: , и , а также ток , который может значительно превышать ток статического режима , т.к. при кратковременных (оговоренных в справочниках) импульсах прямого тока можно не опасаться перегрева диода.

Врастающее время выпускаются кремниевые диодные матрицы и сборки, содержащие один или несколько импульсных диодов по определенной схеме включения. Такие матрицы и сборки можно применять в качестве отдельных функциональных узлов при проектировании импульсных и другого рода схем.

2.8 Стабилитроны

Стабилитроны – это кремниевые плоскостные диоды, предназначенные для стабилизации уровня постоянного напряжения в схеме при изменении в некоторых пределах тока через диод. Как отмечалось ранее, если обратное напряжение превышает значение , происходит лавинный пробой p – n перехода, при котором обратный ток резко возрастает при почти неизменном обратном напряжении. Такой участок характеристики (участок а б Рисунок 9,а) используют стабилитроны, нормальным включением которых в цепь источника постоянного напряжения является обратное.

б

а

Если обратный ток через стабилитрон не превышает некоторое значение то состояние электрического пробоя не приводит к порче диода и может воспроизводиться в течении десятков и сотен тысяч часов. Как правило исходный материал используемый для стабилитронов – кремний, поскольку обратные токи кремниевых p – n переходов невелики, а следовательно нет условий для саморазогрева полупроводника.

По величине допустимой мощности рассеяния . Стабилитроны подразделяются на: стабилитроны малой , средней , и большой мощности.

К основным параметрам стабилитронов относятся: – напряжение стабилизации (напряжение на стабилитроне) при указанном токе стабилизации (рисунок 9,а) Помимо указывается также минимальное и максимальное значения токов на участке стабилизации.

Минимальный ток стабилизации ограничивается величиной и нестабильностью обратного тока в предпробойный период, а максимальный обратный ток ограничивается допустимой мощностью рассеяния 

Динамическое сопротивление в рабочей точке на участке стабилизации:

Показывающий величину относительного изменения напряжения стабилизации при изменении напряжения стабилизации при изменении тока через стабилитрон;

Температурный коэффициент напряжения стабилизации, характеризующий степень изменения температуры окружающей среды на 1  и выражающийся в процентах:

Уровень напряжения стабилизации определяется величиной пробивного напряжения зависящего, в свою очередь, от ширины p – n перехода, а следовательно, степени легирования кремния примесью.

На различный характер пробоя высоковольтных и низковольтных стабилитронов указывает знак при . У низкочастотных стабилитронов с ростом температуры напряжение стабилизации уменьшается, у высоковольтных увеличивается и имеет отрицательный знак.

Для уменьшения последовательно со стабилитроном можно включить термозависимое сопротивление (например, p – n переход, смещенный в прямом направление, значение которого с ростом температуру, компенсируется в определенной степени уменьшением напряжения на сопротивлении , рисунок 9,б).

Стабилизация низковольтного напряжения в пределах 0,3 – 1,0 В можно получить при использовании прямой ветви ВАХ, которая у кремниевых диодов с высокой концентрацией примеси в области базы почти параллельна оси токов. Такие диоды называют стабисторами. Кроме того, промышленностью выпускаются двуханодные стабилитроны, имеющие симметричную ВАХ относительно оси токов. При этом напряжение стабилизации при прямом смещение стабилитрона равно напряжению стабилизации при обратном смещении.