7.3 Импульсные диоды.

Импульсные диоды предназначены для работы в быстродействующих импульс­ных схемах. Основными отличительными особенностями импульсных диодов, так же как и высокочастотных, является малая площадь р-п-перехода и небольшое время жизни неравновесных носителей заряда. Основным параметром импульс­ных диодов является время восстановления обратного сопротивления , кото­рое у сверхбыстродействующих диодов составляет несколько наносекунд. Для импульсных диодов указывают также параметры, характерные для выпрямитель­ных диодов. Конструкция и технология изготовления импульсных диодов анало­гичны конструкции и технологии изготовления обычных высокочастотных диодов.

В быстродействующих импульсных схемах широко используют диоды Шотки, площадь перехода которых обычно составляет 20-30 мкм в диаметре, а барьер­ная емкость не превышает 1 пФ. Особенностью диодов Шотки является отсут­ствие инжекции неосновных носителей заряда в полупроводник. Основным-фак­тором, влияющим на длительность переходных процессов, является перезаряд барьерной емкости. Диоды Шотки могут работать на частотах до 15 ГГц, а время переключения у них составляет около 0,1 нс.

В импульсных схемах, формирующих импульсы с крутыми фронтами, применяют диоды с накоплением заряда (ДНЗ). В этих диодах примесь в базе распределена неравномерно: концентрация ее больше в глубине базы и меньше возле р-п-перехода, вследствие чего возникает внутреннее электрическое поле. Это поле препятствует проникновению в глубину базы инжектированных дырок, то есть обеспечивает их группирование около границы р-п-перехода. Кроме того, это поле способствует освобождению базы от дырок на второй стадии восстановления обратного сопротивления (стадия ), в результате чего уменьшается отношение до значений порядка 0,02-0,03, то есть отрицательный импульс получается практически прямоугольным.

7.4 Стабилитроны.

Стабилитроны предназначены для стабилизации напряжений. Они работают в области лавинного или туннельного пробоя. Ниже перечислены основные пара­метры стабилитронов:

1. Напряжение стабилизации — значение напряжения на стабилитроне при заданном токе стабилизации. Так как участок пробоя вольт-амперной характе­ристики проходит почти вертикально, то можно считать, что . На­пряжение стабилизации лежит в пределах от 3,3 до 96 В.

2. Максимальный ток стабилизации ограничивается максимально допусти­мой мощностью:

3. Минимальный ток стабилизации определяется гарантированной устойчи­востью состояния пробоя.

4. Дифференциальное сопротивление определяется при среднем токе стаби­лизации:

5. Температурный коэффициент напряжения стабилизации — относительное изменение напряжения стабилизации при изменении температуры окру­жающей среды на (при лавинном характере пробоя коэффициент поло­жителен, при туннельном — отрицателен, величина коэффициента составляет 10^-5..10^-3 К^-1):

На рис. 3.14, а представлена схема стабилизации напряжения, а на рис. 3.14, б по­казаны графики, иллюстрирующие работу схемы.

Для определения токов и напря­жений надо построить вольт-амперную характеристику стабилитрона (график 1), которая проходит практически вертикально, вольт-амперную характеристику на­грузки (график 2) и вольт-амперную характеристику ограничительного резистора (график 3). Пересечение графиков 1 и 3 определяет значение тока , потребляемого от источника питания (точка А). Пересечение графиков 1 и 2 определяет значение тока нагрузки (точка В). Разность токов равна току стабилитрона .

Если сопротивление нагрузки изменяется, то изменяется ток . При уменьшении ток возрастает (точка В опускается вниз), а ток уменьшается, при этом положение точки А сохраняется неизменным, то есть увеличение тока нагрузки сопровождается уменьшением тока стабилитрона, а потребление тока от источ­ника питания не зависит от нагрузки.

Если изменяется напряжение источника питания , то точка А меняет свое по­ложение. При уменьшении (график 4) точка А поднимается вверх (точка А'), то есть уменьшается потребление тока соответственно, уменьшается ток , а ток сохраняется постоянным.

Параметры схемы выбирают так, чтобы при изменении нагрузки и напряжения источника питания выполнялись неравенства

Здесь — минимальное и максимальное напряжения источника пи­тания;

- минимальный и максимальный токи нагрузки.

Стабилитроны широкого применения обладают сравнительно высоким темпера­турным коэффициентом напряжения ( ). Более высокой температур­ной стабильностью обладают прецизионные стабилитроны, в которых последова­тельно соединены три р-п-перехода. Один из них — стабилизирующий — включен в обратном направлении, два других — термокомпенсирующих — включены в пря­мом направлении. При повышении температуры напряжение на стабилизирую­щем переходе растет, а на термокомпенсирующих переходах уменьшается, по­этому результирующее напряжение на стабилитроне изменяется незначительно и температурный коэффициент получается около .

Для стабилизации двухполярных напряжений и для защиты электрических цепей от перенапряжений обеих полярностей применяют двуханодные стабилитроны, которые имеют симметричную вольт-амперную характеристику. Такие стабилит­роны изготовляют путем введения примесей в пластину кремния одновременно с двух сторон. При этом образуются два р-п-перехода, включенных встречно.

Для ограничения амплитуды импульсов напряжения разработаны импульсные стабилитроны. При мгновенном изменении напряжения нарастание лавины в них происходит за очень короткий промежуток времени (порядка 10^-11 с). Это обсто­ятельство позволяет использовать импульсный стабилитрон в качестве инверти­рованного диода, в котором участок лавинного пробоя можно рассматривать как прямую ветвь вольт-амперной характеристики импульсного диода.

Разновидностью стабилитрона является стабистор — полупроводниковый диод, в котором для стабилизации напряжения используется прямая ветвь вольт-ампер­ной характеристики. Отличительной особенностью стабисторов по сравнению со стабилитронами является меньшее напряжение стабилизации, которое составля­ет примерно 0,7 В. Для увеличения напряжения стабилизации используют по­следовательное соединение нескольких стабисторов, смонтированных в одном корпусе или сформированных в одном кристалле. Для увеличения крутизны пря­мой ветви вольт-амперной характеристики базу стабистора делают низкоомной. Из-за малого сопротивления базы толщина р-п-перехода оказывается очень не­большой, поэтому напряжение пробоя стабисторов не превышает нескольких вольт. Температурный коэффициент стабисторов отрицателен, то есть с повыше­нием температуры прямая ветвь его характеристики сдвигается влево.