14,ч

1 2 3

Рис. 4.8. Устройство точечного диода

Q) о-Й

Экстракция

Рис. 4.9. Схема включения импульсного диода, эпюры приложенного напряжения и процессы в базе

ров, выпрямителей ВЧ, а также в качестве коммутационных и ограничительных элементов устройств связи, систем автоконтроля и регулирования уровней (АРУ) электрических сигналов.

Импульсные диоды. В быстродействующих импульсных схемах с очень малым (1 мкс) временем переключения их из проводящего в непроводящее состояние применяются импульсные диоды. Время переключения этих диодов в основном определяется временем накопления и экстракции в базе неосновных носителей заряда. За счет уменьшения площади р-п-перехода обеспечивается малая емкость диодов. Свойства импульсных диодов оценивают теми же характеристиками и параметрами, что и у выпрямительных диодов.

Импульсные свойства диодов дополнительно характеризуют величиной заряда переключения Qa или временем восстановления. Заряд переключения нормируется . при заданном прямом и обратном напряжениях. Он представляет собой полный электрический заряд, переносимый во внешнюю цепь обратным током диода после его переключения с прямого тока на импульсное обратное напряжение.

Под воздействием прямого входного напряжения ивх.щ> (рис. 4.9, а и б) через диод проходит прямой ток /пр (рис. 4.9, е), значение которого определяется прямым напряжением Uuj, и сопротивлениями прямосмещенного перехода Гпр и нагрузки Rn (см. рис. 4.9, а). В момент времени to (см. рис. 4.9, б) меняется полярность приложенного напряжения на обратное обр и, вследствие чего изменяется на обратное и направление тока (см. рис. 4.9, б).

Однако накопившиеся в базе неосновные носители некоторое время удерживают переход под прямым смешением, вследствие чего сопротивление перехода остается небольшим и через диод течет относительно большой обратный ток /обри, превышаюший обратный ток установившегося режима /о, т. е. /обри>/о. Значение этого тока определяется величинами f/обри и /?н. В интервале времени fp происходит экстракция (рассасывание) дырок из базы в эмиттерную область р и одновременно их частичная рекомбинация. К концу этого процесса концентрация дырок рп в базе снижается до равновесной рпо, имеющей место при потенциале перехода U=0 (рис. 4.9, г); переход получает обратное смещение, его сопротивление становится большим (?],иф = ?обр), вследствие чего ток через переход снижается (см. рис. 4.9,в).

Время/с, в течение которого происходит спад импульса тока до исходного значения /о, соответствующего равновесному режиму, называют временем восстановления (/вос = с)- Диффузионные диоды с плавными переходами и тонкой базой обладают меньшим временем восстановления, чем точечные и сплавные с резкими р-п-переходами.

Емкость импульсных диодов колеблется от 0,5 до 15 пФ. Потери, а также частотные и импульсные свойства диодов характеризует выходное напряжение L/вых, снимаемое с нагрузки Ra (см. рис. 4.9, а). Для диодов, работающих на прямой ветви ВАХ, т. е. на включение, важен температурный коэффициент напряжения ТКН, характеризующий стабильность Ущ, в рабочем диапазоне температур.

В табл. 4.3 в качестве примера приведены электрические параметры некоторых типов импульсных диодов.

Наряду с традиционными способами обозначения типа диода на корпусе универсальные и импульсные диоды маркируют цветным кодом (точками у положительного вывода, полосками). Импульсные диоды применяют в радиотехнических и измерительных устройствах, схемах детектирования, элементах ЭВМ среднего и высокого быстродействия. Для умножительных схем и функциональных преобразований герметизированной РЭА выпускаются диодные сборки и матрицы, состоящие каждая из нескольких изолированных диодов с раздельными выводами или нескольких диодов с общим катодом или с общим анодом.

§ 4.6. Стабилитроны и стабисторы

Принцип работы стабилитронов. Действие полупроводниковых стабилитронов основано на электрическом (лавинном или туннельном) пробое р-я-перехода, при котором происходит резкое увеличение обратного тока, а обратное напряжение изменяется очень мало. Это свойство использовано для стабилизации напряжения в электрических цепях. В связи с тем что лавинный пробой характерен для диодов, изготовленных на основе полупроводника с большой шириной запрещенной зоны, исходным материалом для стабилитронов служит кремний. Кроме этого, кремний обладает малым тепловым током /о и устойчивыми характеристиками в широком диапазоне температур.

Для работы в стабилитронах используют пологий участок ВАХ обратного тока дисда (см. участок АВ на рис. 4.10, а), в пределах которого резкие изменения обратного тока сопровождаются весьма малыми изменениями обратного напряжения.

Пробивное напряжение диода является напряжением стабилизации, которая зависит от толщины р-я-перехода или от удельного сопротивления базы диода. Поэтому разные типы стабилитронов имеют различные напряжения стабилизации Uci (от 3 до 400 В).

Низковольтные стабилитроны (с напряжением В) вы-

полняют на основе сильнолегированного кремния с малым удельным сопротивлением. В них возникает узкий р-п-переход с высокой напряженностью поля, при которой получается туннельный пробой.

Высоковольтные стабилитроны изготовляют на основе слаболегированного кремния с высоким удельным сопротивлением. В них ширина перехода больше, напряженность поля меньше, чем в низковольтных, а характер пробоя меняется на лавинный.

Состояние пробоя не ведет к порче диода, а является его нормальным рабочим состоянием. Участок ВАХ от/ст мин до/ст макс используется для стабилизации напряжения в электрических цепях. При токе, превышающем /стмакс, рассеиваемая в переходе мощность

VcTH VcT пи и

IcTrfUff

пане -0.

Рис. 4.10. Вольт-амперная характеристика и схема включения стабилитрона