Интегральный диод

В схемотехнике АИС диоды считаются пассивными элементами с нелинейной ВАХ. Падение напряжения на диодах составляет 0,6 - 0,9 В и является функцией величины тока через диод.

Идеальный диод моделируется уравнениями ВАХ: (*)

которые выглядят в графической форме так:

I I_max I

эксперимент аппроксимация

I₀ U I₀ U_д.гр U_д U

Величина I₀ может составлять от 10^-18 до 10^-15 А/cм², и зависит от площади р-n-перехода и градиента концентраций.

В интегральной биполярной структуре

возможно использовать в качестве диода

любой р-n-переход: Б-Э, Б-К, переход К-П –

интегральная структура паразитный.

Возможны следующие виды реализации диодов:

1 2 3 4 5 6

Схема	Включе- ние	Послед. сопротивл.	Прямое падение U при I=10 мА	Uпробоя	Время рассасы-вания, нс	Паразитн. p-n-p тран-зистор
	UБК = 0	(rК+rБ)/b	0,85 В	низкие, 7 В		нет
	UБЭ = 0	rБ/b+rК	0,94 «	высокие,>40 В
	IК = 0	rБ	0,96	7 В		нет
	IЭ = 0	rБ+rК	0,95	> 40 В
	UКЭ = 0	rБ	0,92	7 В
	IЭ = 0	rБ+rК	0,95	> 40 В
ДШ			0,25-0,4			нет

Лучший вариант - схема №1: паразитное сопротивление минимально и составляет единицы Ом, отсутствует эффект подложки.

Недостатки - низкое пробивное напряжение 6-9 В.

Полная зквивалентная схема ИД и схемы реализации диода №1:

К А

r_K I_П

П Þ катод анод r_Б r_K

I_КД

Б

r_Б I_ЭД

Э К

В схемотехнике АИС важным параметром является дифференциальное сопротивление диода , учитывающее нелинейность ВАХ прибора:

r_Д/r₀, R_Д/R₀ (пост.ток - - -) r_Д/r₀, R_Д/R₀

. R_Д/R₀

1 1

-1 0 1 2 3 5 I/I₀ -1 0 1 2 3 U/j_T

После диференцирования уравнений идеальной ВАХ диода (*) получаем:

В аналоговой схемотехнике чаще используется не дифференциальное сопротивление, а величина, обратная ему: динамическая прямая проводимость или крутизна

Температурная зависимость параметров интегрального диода учитывается при помощи эмпирически определяемого коэффициента, температурного коэффициента напряжения -ТКН

DT- температурный диапазон, U_Д⁰ - падение напряжения на диоде при комнатной температуре. Величина ТКН для кремниевых р-n -переходов типа Б-Э составляет примерно 2 мВ/град. Отметим здесь, что изменение падения напряжения на резисторе и на диоде примерно одинаково по величине, но противоположно по знаку, на этом основано большинство схемотехнических приемов термокомпенсации изменения напряжения или токов в узлах схемы.

Некоторые схемы на диодах. Диодные цепи могут реализовывать функции выпрямления, ограничения напряжения, стабилизации.

Выпрямление.

Е ~ R_н U_н

t

~

Пример каскадного соединения

дифференцирующей цепочки U₁

и выпрямителя U_вх U_вых

Ограничители напряжения.

Вх вых U_вых 5,6 (5.8) В - ограничение для входов КМДП-

схем

+5 В U_вх> -70 В (пробой в дискретных диодах)

U_вых ½0.8½ В, двусторонний ограничитель.

U_вых

+0,8 t

-0,8

Ограничитель без смещения на 0.8 В и с температурной стабилизацией.

U_вх R_вх B

Плечо D2R1 дает потенциал - 0.8 В в т. А на катодах D1,

D2 открыт, в т.В U_B=0, входной ток пропорционален U_вх.

Температурная разница напряжений на диодах минимальна.

R1 должен быть таким, чтобы ток через D2 был

D2 D1 гораздо больше тока через D1 (R1 мало).

A Схема формирует величину тока I_вх = U_вх/R_вх.

-0.8 В

R1

-U

ЛЕКЦИЯ 4