Імпульсні діоди

Імпульсні діоди використовуються для роботи в ключових схемах. Крім основних параметрів I_пр, U_пр, I_звор, U_звор для діодів цього типу приладів вказуються спеціальні параметри, які характеризують перехідні процеси в приладі при швидких зміна зовнішньої напруги. Ці параметри пролюстровані на рис. 2.17, 2.18. Параметр τ_вст характеризує час встановлення прямої напруги на діоді (зменшення піку до величини 1,2 U_пр.ст.). Величина τ_вст характеризує час розсмоктування інжектованих носіїв та зниження в наслідок чого опір бази.

Рисунок 2.17 – Характеристики імпульсних діодів

При перемиканні напруги з прямої на зворотню розсмоктування надлишкової концентрації інжектованих носіїв в базі за рахунок дифузії та рекомбінації відбувається не миттєво. Цей процес характеризується параметром τ_відн – час відтновлення зворотного опору.

Рисунок 2.18 – Параметри напруги та струму імпульсних діодів

Насправді, в момент перемикання інжекція носіїв, припустимо дірок, в базу припиняється; в базі біля переходу концентрація дірок знижується до рівноважної. Але інжектовані раніше дірки ще не встигли пройти всю базу та, відповідно, концентрація дірок в товщині бази вища, ніж в переході. Наряду з дифузійним рухом дірок до виводу бази виникає їх дифузійний рух в зворотному напрямку до емітеру. Рівноважне значення концентрації дірок по всій базі встановлюється через час τ_відн, коли описані процеси закінчуються. Для прискорення цього процесу базу в деяких імпульсних діодах легують домішками, які утворюють пастки та сприяють рекомбінації неосновних носіїв. Легування бази золотом дозволяє знизити час процесів відновлення до величини порядку 10^-9 с. Знизити час τ_відн дозволяє також застосування бази з неоднорідною концентрацією домішки. В таких діодах концентрація домішок в базі монотонно збільшується по мірі віддалення від переходу.

Нерівномірною виявляється й концентрація основних, рухомих носіїв. В базі електрони з n–напівпровідника дифундують до переходу та оголяють далеко від переходу позитивні іони домішок. Таким чином, в базі встановлюється електричне поле, вектор напруженості якого спрямований до переходу. Під дією цього поля дірки, інжектовані в базу, дрейфують до переходу, притискаються до межі запираючого шару, де утворюють об’ємний заряд дірок підвищеної густини. При перемиканні напруги з прямої на зворотню ці дирки втягуються полем переходу за малий час. Внаслідок цього час відновлення в таких діодах значно менший, ніж в діодах з однорідною базою. Такі діоди отримали назву – діоди з накопиченням заряду (ДНЗ).

Інші параметри – максимальна імпульсна напруга (пряма) U_{пр.імп.мах} та максимальний імпульсний струм I_пр.імп, а також їх співвідношення, яке називається імпульсним опором.

Ємність переходу має бути по можливості меншою одиниці пікосекунд.

За часом відновлення зворотного опору τ_відн імпульсні діоди поділяються на мілісекундні (τ_відн >0,1 мсек), мікросекундні
(0,1мсек>τ_відн >0,1 мксек), та наносекундні (τ_відн <0,1 мксек).

Запитання та завдання для самоконтролю

1. Назвіть основні матеріали для виготовлення діодів.

2. Що характеризує температурний коефіцієнт напруги?

3. Для чого призначені випрямляючі діоди?

4. Чим відрізняються вольт-амперні характеристики кремнієвих та германієвих діодів?

5. Призначення та принцип дії напівпровідникового стабілітрона. Нарисуйте його ВАХ та поясніть основні параметри стабілітрона.

6. Зобразіть електричну схему найпростішого стабілізатора напруги та поясніть призначення елементів схеми.

7. Запишіть рівняння бар’єрної ємності від напруги та поясніть хід графіку вольт-фарадної характеристки варикапу.

8. Параметри й характеристики випрямляючих діодів.

9. Зобразіть електричну схему однотактного напівперіодного випрямляча напруги та поясніть призначення елементів схеми.

10. Назвіть основні параметри тунельного діода. Особливості його будови.

11. Зобразіть енергетичні діаграми тунельного діоду в різних режимах роботи.

12. Будова, призначення та принцип дії високочастотних діодів.

13. Будова, призначення та принцип дії обернених діодів.

14. Параметри імпульсних діодів.

15. Нарисуйте часові діаграми напруги і струму імпульсного діоду при прямокутній вхідній дії.

Література [10-16]