Лекция
Привет, сегодня поговорим про универсальные диоды, обещаю рассказать все что знаю. Для того чтобы лучше понимать что такое универсальные диоды, импульсные диоды, применение импульсных диодов, вольт-амперная характеристика импульсных диодов, вах импульсных диодов , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база.
Универсальными называют высокочастотные диоды, применяемые для выпрямления, модуляции, детектирования и других нелинейных преобразований электрических сигналов, частота которых не превышает 1 ГГц. К универсальным относятся диоды, выполненные по самым разным технологиям (точечные, микросплавные и т.п.), их основным отличием от типичных выпрямительных диодов является малое время обратного восстановления. Диоды этой группы могут быть использованы, например, в выпрямителях, работающих на высоких частотах, в детекторах, модуляторах, преобразователях, ограничителях и других устройствах.
Импульсный диод — диод, предназначенный для работы в высокочастотных импульсных схемах.
Само название этих радиокомпонентов говорит о том, что они предназначаются для работы в схемах, где сигнал состоит из импульсов.
Импульсными называют диоды, имеющие малые длительности переходных процессов и предназначенные для работы в качестве ключевых элементов при воздействии импульсов малой длительности или при больших значениях импульсного тока. Такие диоды могут быть использованы в триггерных и генераторных схемах, ограничителях, коммутаторах и других импульсных устройствах. В качестве импульсных успешно используются точечные и микросплавные диоды, быстродействие которых увеличивается путем подбора легирующей примеси, уменьшающей время жизни неосновных носителей. Такой примесью к полупроводникуn‑типа может быть, например, золото.
Обычно импульсный диод представляет собой полупроводниковый диод с p-n-переходом, оптимизированный по собственной емкости корпуса, барьерной емкости и имеет малое времени восстановления обратного сопротивления (рассасывания неосновных носителей накопленных в базе диода при прямом токе).
рис 1 Уменьшение площади p-n-перехода приводит к уменьшению времени tуст и времени tвос .
Для уменьшения собственной емкости при изготовлении умышленно уменьшают площадь p-n-перехода (рис 1 ) и для снижения времени жизни неосновных носителей применяют сильно легированные полупроводниковые материалы, например, кремний легируют золотом для снижения времени обратного восстановления, поэтому импульсные диоды имеют невысокие предельные импульсные токи (до сотен мА) и небольшие предельные обратные напряжения (до десятков вольт), а также увеличенные обратные токи.
Также выпускаются импульсные диоды с барьером Шоттки.
Типичная барьерная емкость импульсного диода менее единиц пикофарад и время восстановления обратного сопротивления обычно не более 4 нс.
Лучшими импульсными характеристиками обладают некоторые специальные виды диодов, использующие разнообразные физические эффекты и свойства полупроводников для уменьшения времени переходных процессов, происходящих при переключении диода. К таким диодам в первую очередь относятся: диоды с накоплением заряда, диоды Шоттки, диоды Мотта, p-i-n-диоды.
В общем случае четкой границы для параметров и применимости тех или иных видов полупроводниковых диодов не существует. Например, диоды Шоттки могут применяться и в выпрямителях, и в качестве импульсных ключей, и как детекторные и смесительные диоды диапазона СВЧ. В свою очередь, многие универсальные диоды неплохо работают в импульсных режимах, а диоды СВЧ иногда могут использоваться и в низкочастотных диапазонах.
Условно-графическое обозначение (УГО) импульсных диодов такое же, как у выпрямительных диодов.
Однако если импульсным диодом является диод Шотки, то он имеет особое обозначение
Рисунок 1- Условное обозначение диода Шоттки по ГОСТ 2.730-73
В настоящее время используются точечные и плоскостные конструкции импульсных диодов, технология их изготовления аналогична технологии изготовления обычных выпрямительных диодов.
Наименьшее время переключения имеют диоды с выпрямляющим переходом металл – полупроводник, в которых практически отсутствует эффект накопления неосновных носителей заряда.
Подобно другим маломощным выпрямительным диодам импульсные диоды герметизируются в стеклянные, металлостеклянные, металлокерамические и пластмассовые корпусы.
По принципу действия импульсный диод практически не отличается от самого простого – выпрямительного полупроводникового диода с p-n-переходом, при приложении прямого напряжения диод хорошо проводит электрический ток. . Он точно так же открывается при подаче прямого смещения и закрывается поле смены полярности входящего сигнала.
Существенное отличие в поведении импульсного диода состоит в том, что в отличие от обычного диода элемент этого типа не запирается сразу же после приложения обратной разности потенциалов, а в течение некоторого времени (тысячные доли секунды) остается открытым, закрываясь с некоторой задержкой. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . При смене полярности приложенного напряжения диод запирается. Запирание происходит не сразу, сначала происходит резкое увеличение обратного тока, затем, после рассасывания неосновных носителей, восстанавливается высокое сопротивление p-n-перехода и диод запирается.
Для диодов импульсного типа свойственно наличие:
Малых значений предельных импульсных токов (максимально исчисляются в нескольких сотнях мА);
Малых значений предельных обратных напряжений (максимально — десятки вольт).
В число основных параметров импульсного диода входят следующие:
Вольт-амперная характеристика p-n перехода, представляющая зависимость плотности полного тока на границе перехода от напряжения смещения:
, (3.7)
где
. (3.8)
На практике для реальных полупроводниковых приборов используют вольт-амперную характеристику для полного тока через p-n переход:
(3.9)
где , 
; S -площадь перехода.
При быстром изменении напряжения (тока) на диоде ток (напряжение) через диод в соответствии со статической характеристикой (3.9) устанавливается не сразу, а через некоторое время, обусловленное инерционностью диода. Инерционность диода связана с конечной скоростью установления концентрации неравновесных носителей при внешнем смещении р-n перехода. Поэтому для импульсных диодов наряду с параметрами, определенными из статической вольт-амперной характеристики, вводят еще ряд параметров, характеризующих инерционность диода.
Дополнительной характеристикой является длительность установления прямого напряжения.
Задержка запирания импульсного диода интересна эффектом, который выражается в кратковременном увеличении обратного тока. Это обусловлено особыми физико-химическими процессами, протекающими в полупроводниковой структуре импульсного диода. В первые доли секунды при прохождении импульса через p-n-переход происходит инжекция неосновных носителей заряда, которые скапливаются в базе диода. И только после того, как данное скопление рекомбинирует и рассосется, диод запирается.
Движение неосновных носителей провоцирует возникновение того самого обратного тока, резкое возрастание которого фиксируется при смене полярности входного сигнала. Таким образом, в этот момент возникает классический с точки зрения физики электрический импульс. Его длительность крайне невелика – единицы наносекунд, что и используется в генераторных схемах. Небольшая продолжительность определяется чрезвычайно малой емкостью p-n-перехода, которая редко превышает единицы пикофарад.
Как известно, в выпрямительных диодах, для обеспечения их функциональности используются плоскостные p-n-переходы. Их особенность состоит в довольно большой емкости. В импульсных же диодах она должна быть как раз небольшой. Поэтому при производстве данных радиодеталей от плоскостной модели p-n-перехода отказались. Эти элементы изготавливают с помощью микросплавных и планарных методов. Последние применяются при производстве интегральных микросхем для цифрового оборудования.
1. tвосст- время восстановления обратного сопротивления при переключении из прямого направления в обратное в момент t1(рис.4.7). В начальный момент после переключения Ua обратный ток намного больше установившегося (3.8) из-за высокой неравновесной концентрации неосновных носителей, оставшихся от прямого смещения. В течение tвосст концентрация неосновных носителей уменьшается, а обратный ток достигает заданного значения (несколько большего, чем из (3.8), как показано на рис.4.7).
Рис. 4.7
Рис. 4.8
2. tуст -время установления прямого сопротивления диода при переключении из обратного направления в прямое в момент t1 (рис.4.8). В начальный момент включения прямого тока величина прямого напряжения (сопротивления) на p-n переходе больше, чем это следует из (3.7), так как концентрация инжектированных (неосновных) носителей еще мала. В течение tуст концентрация инжектированных носителей достигает величины, близкой к установившейся, а прямое напряжение (сопротивление) уменьшается до 1,1Unp , соответствующего статической вольт-амперной характеристике (3.7). Этот процесс еще характеризуют максимальным импульсным прямым напряжением Unp.имп.max.
3. Сд -емкость диода при заданном смещении. Часто Сд измеряется при Uобр= 5 В.
В табл. 4.4 приведены параметры некоторых импульсных диодов. Импульсные диоды выполняются точечными и плоскостными с малой площадью перехода.
Таблица 4.4 Параметры импульсных диодов
|
Тип диода |
Iпр, мА |
Uпр |
Uпр.имп |
Uобр |
Iобр, мкА |
tвосст, мкс |
tуст, мкс |
C (Uобр=5В), пФ |
|
В |
||||||||
|
Д18 Д219А КД503А |
20 50 20 |
1 1 1 |
5,0 2,5 2,5 |
20 70 30 |
50 1 10 |
<0,1 0,5 0,01 |
<0,08 - - |
0,5 15 5 |
По величине tвост импульсные диоды подразделяются на :
скоростные, или микросекундные 1мкс< tвост <0,1мс
сверхскоростные, или наносекундные tвост <0,1мкс
Импульсный диод, напротив, имеет небольшую площадь перехода для снижения емкости, не отличается высокой пробивной стойкостью по обратному напряжению, не рассчитан на большой ток и имеет повышенное значение обратного тока. На рисунке 2 представлены его вольт-амперные характеристики и один из вариантов схемы включения.
Рисунок 2. Вольт-амперная характеристика импульсного диода и его включения
Один из вариантов импульсного диода, называемый по имени его изобретателя диодом Шоттки, использует потенциальный барьер, образуемый границей полупроводник-металл.
Вольтамперная характеристика диода Шоттки представлена на рисунке 3. Она очень похожа на ВАХ обычного выпрямительного диода, но имеет несколько важных отличий.
При приложении обратного напряжения Uобр диод Шоттки переходит в закрытое состояние, но через него протекает сравнительно больший (по сравнению с обычным полупроводниковым диодом) обратный ток, который может достигать нескольких миллиампер и возрастает с ростом температуры кристалла. Если обратное напряжение достигнет значения напряжения пробоя Uпроб, диод Шоттки выйдет из строя.
При приложении прямого напряжения Uпр диод Шоттки открывается и начинает проводить ток. Напряжение на его переходе может достигать 0,2…0,4 В, что значительно меньше по сравнению с обычным выпрямительным диодом.
Проводимость диода Шоттки обусловлена только движением электронов (не имеет зоны с так называемой «дырочной» проводимостью), что обуславливает малую инерционность переключения и хорошую способность диодов Шоттки работать в импульсных режимах.
Рисунок 3. ВАХ импульсного диода (диода Шоттки).
На корпусе диода обычно указывают материал полупроводника, из которого он изготовлен (буква или цифра), тип (буква), назначение или электрические свойства прибора (цифра), букву, соответствующую разновидности прибора, и дату изготовления, а также его условное обозначение.
Условное обозначение диода (анод и катод) указывает, как нужно подключать диод на платах устройств. Диод имеет два вывода, один из которых катод (минус), а другой — анод (плюс).
Условное графическое изображение на корпусе диода наносится в виде стрелки, указывающей прямое направление, если стрелки нет, то ставится знак «+».
На плоских выводах некоторых диодов прямо выштамповано условное обозначение диода и его тип. При нанесении цветового кода, цветную метку, точку или полоску наносят ближе к аноду .
Для некоторых типов диодов используется цветная маркировка в виде точек и полосок .
Импульсные диоды применяют в сверхбыстродействующих импульсных ключевых схемах, например, в логических схемах.
Такие диоды применяются в цифровых устройствах, приборах коммутации, триггерах, высокочастотных генераторах и прочей подобной аппаратуре.
Импульсные диоды по своим параметрам хорошо подходят для применения в:
Также их применяют в формирователях субнаносекундных импульсов, например, при формировании строб-импульсов в стробоскопических осциллографах, так называемые диоды с быстрым обратным восстановлением (импульсные диоды с накоплением заряда). Принцип формирования субнаносекундных импульсов основан на том, что восстановление обратного сопротивления после рассасывания неосновных носителей происходит за очень короткое время, существенно короче чем длительность фронта смены полярности, таким образом, затянутый фронт укорачивается
На этом все! Теперь вы знаете все про универсальные диоды, Помните, что это теперь будет проще использовать на практике. Надеюсь, что теперь ты понял что такое универсальные диоды, импульсные диоды, применение импульсных диодов, вольт-амперная характеристика импульсных диодов, вах импульсных диодов и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база
Комментарии
Оставить комментарий
Электроника, Микроэлектроника , Элементная база
Термины: Электроника, Микроэлектроника , Элементная база