Туннельный и обращённый диоды.

Выпрямительные диоды.

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в пульсирующий однополярный ток. Обозначение на схемах:

 

Параметры выпрямительных диодов (ВД)
Статические параметры	Динамические параметры	Параметры электри- ческого режима	Предельно допустимые параметры
Uпрямое при Iпрямом Iобратный при Uобратном	Iвп ср – средний выпрямленный ток Uпр ср при Iпр ср Iобр ср при Uобр ср Uобр ср	rдиф –дифферен-циальное внутреннее сопротивление Cд - емкость диода (Сбар + Сдиф)	Iпр макс - (до разрушения перехода) Uобр макс – (до пробоя перехода) Pмакс - максимальная мощность Tопер мин;Tопер макс - диапазон рабочих температур перехода fгр- граничная рабочая частота при которой выпрямленный ток уменьшается до установленного уровня

 

 

Двухполупериодный мостовой (имеется в виду схема «мост» из диодов) выпрямитель:

На вход выпрямительного моста подаётся переменное напряжение, а на выходе (после RС - фильтра сглаживающего пульсации) получают постоянное напряжение.

Импульсные диоды (ИД)

Параметры импульсных диодов
статические	динамические	электрические	Специальные импульсные параметры
параметры такие же, как у выпрямительных диодов	Uпр.имп.макс –максимальное импульсное прямое напряжение tуст –время установления прямого сопротивления перехода (влияет на форму переднего фронта импульсной характеристики) tвос – время восстановления обратного сопротивления перехода (влияет на форму заднего фронта импульсной характеристики)

 

Импульсная характеристика схемы на ИД

Лучшими ИД являются диоды с малыми барьерными (C_бар) и дифференциальными (С_диф) ёмкостями (т.к. мала площадь переходa - S) или диоды с барьером Шотки (М-пп) т.к. у них нет накопления неосновных носителей и нет С_диф

Стабилитроны и стабисторы.

Стабилитрон – диод, имеющий на обратной ветви ВАХ участок высокой крутизны.

Обозначение на схемах одноанодного стабилитрона:

 

Схема включения стабилитрона:

 

Классификация стабилитронов: стабилитроны общего назначения;

прецизионные или высокоточные;

импульсные;

двуханодные, обозначение на схемах:

стабисторы (U_ст = 0,7 В при 300⁰К)

Стабистором называют ПП диод, с помощью которого осуществляют стабилизацию напряжения при прямом смещении (т.е. на прямом участке ВАХ).

Принцип действия стабилитрона:

Увеличение напряжения DЕ_u вызывает рост

D I_ст, но I_{нагрузки} = const. (т.е. напряжение на

нагрузке Uн = Iн Rн - const) т.е. стабилитрон как бы “поглощает” лишний ток.

 

Для изготовления стабилитронов применяют в основном Si т.к. у таких диодов мал обратный ток I_обр; большой диапазон рабочих температур D Т⁰_раб и высокая крутизна ВАХ.

Работают стабилитроны на двух типах пробоя перехода: туннельном U_ст < 6,3В и лавинном U_ст > 6,3В.

Основными параметрами являются: напряжение стабилизации номинальное - U_ст; ток стабилизации номинальный - I_ст; токи стабилизации минимальный и максимальный I_{ст мин}; I_{ст макс}; максимальная мощность Р_макс.

Основной параметр рабочей схемы – коэффициент стабилизации по напряжению:

К = DЕ_u/ DU_ст >>1 – т.е. отношение величины изменения входного напряжения (напряжения источника питания) к величине изменения выходного, стабилизированного напряжения.

 

Ограничители напряжения.

Ограничитель напряжения – полупроводниковый диод, работающий на обратной ветви ВАХ с лавинным пробоем и (или) на прямой ветви ВАХ. Этот диод используется для защиты от пере-напряжений электрических схем.

Ограничители напряжения бывают несимметричными (применяются для защиты цепей постоянного тока) и симметричными (для защиты цепей переменного тока).

Основным параметром ограничителей напряжения является время срабатывания, которое может быть от единиц пикосекунд (10^-12с) до единиц наносекунд (10^-9с).

 

 

Вольтамперные характеристики несимметричного (слева) и симметричного ограничителей:

Варикапы.

Варикап – полупроводниковый диод с управляемой напряжением ёмкостью перехода.

Обозначение на схемах:

 

Основные характеристики варикапов
области применения	ПП мате-риалы	структуры	технология	основные параметры
- колебательные контура (для авто - подстройки частоты) - умножители и делители частоты - параметрические усилители	- Si - Ge	- (p - n - n+) - (p – i – n) - MДП	- сплавная (резкая зависимость ёмкости от напряжения) - диффузионная (плавная зависимость С от U)	- Сном; Смин; Смакс - Кп = Смакс/ Смин - коффициент перекрытия по ёмкости - Qв = Cреактивное/Cполное - доброт-ность варикапа при Uном на заданной рабочей частоте. Учитывают также и температурные коэффициенты изменения величин С и Q

 

Аппроксимация ВАХ: С_в = С_{в о} [j_к /(j_к – U_обр)]^m

Величина m = 0,5 для сплавного варикапа и

m = 0,3 для диффузионного. С_{в о} - при напряжении Uв = 0

С_{в о} - ёмкость варикапа при нулевом напряжении на переходе.

При использо вании варикапов в качестве перестраиваемой ёмкости резонансного контура, важно чтобы величина добротности Q_в была максимальной.

Для увеличения добротности Q_в необходимо уменьшать сопротивление базы r_б, а для умень-шения r_б нужно увеличивать количество примеси N_пр в базе.

 

 

График зависимости Q_в от рабочей частоты f.

 

 

Туннельный и обращённый диоды.

Обозначение на схемах: туннельный

обращённый

Туннельный диод (ТД) – это диод, у которого имеется

участок отрицательного сопротивления на прямой ветви

вольтамперной характеристики.

 

классификация	технология	основные параметры
- усилительные - генераторные - переключающие	- переход т - Nпр»1020см-3 - Lоб»10нм	rдиф = (U2-U1)/(I2-I1) = = - DU/DI [Ом]

Вольтамперная характеристика туннельного диода:

 

 

 

Энергетическая диаграмма ТД для четырёх разных

напряжениях смещения на переходе в точках ВАХ: 1; 2; 3; 4.

 

 

 

ВАХ обращённого

диода (N_пр – 10¹⁸ - 10¹⁹см^-3):

 

Энергетическая диаграмма

обращённого диода:

 

 

Обращённый диод используется в маломощных цепях как переключатель при

обратном напряжении менее 0.7 В (для Si).

P - i - n диоды

Структура p-i-n диода представляет собой три области с p⁺; i и n⁺ полупроводниками и содержит два перехода p⁺ - i и i - n⁺.

Диоды этого типа используются в качестве переключателей или ограничителей СВЧ сигнала.

Параметры:

- прямое напряжение U_пр – очень мало;

- допустимое обратное напряжение U_обр – очень велико;

- пробивное обратное напряжение достигает киловольта;

- рабочая частота достигает сотен ГГц;

- ёмкость диода – очень мала;

- время включения t_вкл – единицы наносекунд;

- время выключения t_выкл – десятки наносекунд.

 

Процессы в p-i-n диоде:

- при прямом смещении U_пр происходит двухсторонняя инжекция электронов и дырок в область i, концентрация носителей в этой области резко возрастает от 10¹⁰см^-3 до примерно 10¹⁷см^-3, что приводит к уменьшению прямого (дифференциального) сопротивления (в основном сопротивления базы) до единиц Ом;

- при обратном смещении U_обр всё обратное напряжение прикладывается к базе, в результате сильное электрическое поле выбрасывает из базы свободные носители (происходит экстракция носителей из i области), тем самым, увеличивая обратное сопротивление до R_обр = 10⁹Ом;

- барьерная ёмкость C_бар очень мала, она зависит от размеров слоя i и не зависит от обратного напряжения U_обр т.к. ширина обеднённой области постоянна L_обед = const;

- время включения t_вкл определяется временем инжекции дырок и электронов в базу и зависит оно от ширины базы W_б и величины прямого тока I_пр;

- время выключения t_вык определяется: а) скоростью рекомбинации носителей в базе; б) шири-нойбазы W_б; в) обратным напряжением U_обр (чем U_обр больше - тем быстрее носители уходят из области базы).

Таким образом, отношение очень малого прямого сопротивления к очень большому обратному сопротивлению, благоприятно для работы p-i-n диодов в переключательных режимах.

 

Диод Шотки

Обозначение на схемах:

 

Диод Шотки (ДШ) изготавливается на основе одноимённого типа перехода – перехода Шотки, т.е. перехода М-ПП (металл-полупроводник). Используется полупроводник n- типа т.к. в нём выше подвижность носителей - электронов e^-.

Необходимое условие: работа выхода электрона из полупроводника должна быть меньше работы выхода электрона из металла А_пп < А_м.

Области применения: детекторы; переключатели; ограничители СВЧ сигналов.

Особенностью ДШ является инжекция только основных носителей – поэтому С_диффуз º 0.

У ДШ мала инерционность в работе (т.к. носители - e^-; ёмкость перехода - мала) поэтому ДШ используют на сверхвысоких частотах (СВЧ).

j _k = (А_м – А_пп) /q, обычно j _k =0,3¸0,9В Сравнительные ВАХ ДШ и p-n диода

При прямом смещении U_пр энергетический барьер DЕ_б у ДШ меньше чем у p-n перехода и составляет: DЕ_б = q (j _k - U_пр) При этом происходит инжекция только основных носителей - электронов e^-.

При обратном смещении U_обр - обратный ток в ДШ существенно больше, чем у кремниевого p-n перехода т.к. рано начинается туннельный переход электронов, а за тем наступает пробой перехода. I_{обр ДШ} >> I_{обр Si p-n}

Диоды Щотки применяются на частотах (f_гр) в сотни ГГц. Типичное время переключения – около десятка пикосекунд.

12Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: