Імпульсні діоди - студопедія

Імпульсний діод - це діод з малою тривалістю перехідних процесів, призначений для застосування в імпульсних режимах роботи. Вони застосовуються в якості комутуючих елементів (наприклад, в ЕОМ), для детектування високочастотних сигналів і для інших цілей.

При швидких змінах напруги на діоді в - переході виникають перехідні процеси, обумовлені двома основними процесами. Перше - це накопичення неосновних носіїв в базі діода при його прямому включенні, тобто заряд дифузійної ємності. А при зміні напруги на зворотне (або при його зменшенні) - розсмоктування цього заряду. Друге явище - це перезарядка бар'єрної ємності, яка теж відбувається не миттєво, а характеризується постійною часу, де - диференційний опір діода (опір по змінному струмі), а - бар'єрна ємність - переходу.

Перше явище відіграє основну роль при великій щільності прямого струму через діод, заряд бар'єрної ємності в цьому випадку грає другорядну роль. При малих щільності струму перехідні процеси в діоді визначаються другим явищем, а другорядну роль відіграє вже накопичення неосновних носіїв заряду в базі.

Розглянемо процес перемикання діода зі стану високої провідності (діод відкритий) в стан низької провідності (діод закритий) (рисунок 1.11) При додатку прямого напруги виникає значний прямий струм, що призводить до накопичення неосновних носіїв заряду в області бази (це високоомних n - область) .

При перемиканні діода з прямого напрямку на протилежне в початковий момент через діод йде великий зворотний струм, обмежений, в основному, об'ємним опором бази. Згодом накопичені в базі неосновні носії рекомбінують або йдуть через - перехід, і зворотний струм зменшується до свого стаціонарного значення. Весь цей процес займає час відновлення зворотного опору - інтервал часу від моменту проходження струму через нуль після перемикання діода до моменту досягнення зворотним струмом заданого низького значення. Це один з основних параметрів імпульсних діодів, і по його значенню вони діляться на шість груп:> 500 нс; = 150 ... 500 нс; = 30 ... 150 нс, = 5 ... 30 нс; = 1 ... 5 нс і <1 нс.

Малюнок 1.11 - Процес перемикання діода з відкритого стану в закрите

При пропущенні імпульсу струму в прямому напрямку спостерігається викид напруги в перший момент після включення (рисунок 1.12), що пов'язано з підвищенням напругою до тих пір, поки не закінчиться накопичення неосновних носіїв в базі діода. Після цього опір бази знижується і напруга зменшується.

Малюнок 1.12 -. Процес перемикання діода з закритого стану у відкрите

Цей процес характеризується другим параметром імпульсного діода - часом встановлення прямого напруги. рівним інтервалу часу від початку імпульсу струму до досягнення заданого значення прямого напруги.

Значення цих параметрів залежать від структури діода і від часу життя неосновних носіїв заряду в базі діода. Для зменшення часу життя неосновних носіїв в базу вводиться невелика кількість домішки золота. Атоми золота служать додатковими центрами рекомбінації, в результаті їх запровадження зменшується тривалість життя носіїв заряду, а отже, і дифузійна ємність - переходу. Зменшення бар'єрної ємності досягається технологічним і конструктивним методами. Імпульсні діоди виготовляються на основі планарної технології, епітаксіального нарощування, іонно-променевої технології. Основним напівпровідникових матеріалом при цьому служить кремній.

У швидкодіючих імпульсних ланцюгах широко використовують діоди Шотткі (рисунок 1.13) в яких перехід виконаний на основі контакту метал-напівпровідник. Умовне позначення показано на рис.16.

Малюнок 1.13- Умовне позначення діода Шотткі

У цих діодів не витрачає час на накопичення і розсмоктування зарядів в базі, їх швидкодія залежить тільки від швидкості процесу перезарядки бар'єрної ємності. Вольт-амперна характеристика діодів Шотткі нагадує характеристику діодів на основі - переходів. Відмінність полягає в тому, що пряма гілка в межах 8 - 10 декад прикладеної напруги являє майже ідеальну експонентну криву, а зворотні струми - малі (частки-десятки наноампер).

Конструктивно діоди Шотткі виконують у вигляді пластини низкоомного кремнію, на яку нанесена високоомних епітаксіальна плівка з електропровідністю того ж типу. На поверхню плівки вакуумним напиленням нанесено шар металу.

Діоди Шотткі застосовують також в випрямлячах великих струмів і в логаріфмірующіх пристроях.