Литература Импульсные диоды

План:

1. 
   Импульсные диоды
   
2. 
   Работа импульсного диода при высоком уровне инжекции
   
3. 
   Обозначение импульсных диодов
   
4. 
   Принцип работ импульсных диодов
   
5. 
   Параметры импульсных диодов
   
6. 
   Маркировка импульсных диодов
   
7. 
   Заключение
   
8. 
   Литература
   

Импульсные диоды
Импульсный диод – это полупроводниковый диод, имеющий малую длительность переходных процессов и предназначенный для применения в импульсных режимах работы.
Импульсные режимы – это такие режимы, когда диоды переключаются с прямого напряжения на обратное через короткие промежутки времени, порядка долей микросекунды, при этом важную роль играют здесь переходные процессы. Основное назначение импульсных диодов – работа в качестве коммутирующих элементов. Условия работы импульсных диодов обычно соответствует высокому уровню инжекции, т. е. относительно большим прямым токам. Вследствие этого свойства и параметры импульсных диодов определяются переходными процессами.
Одной из первых была разработана конструкция точечного импульсного диода (рис. 2.11). Точечный диод состоит из кристалла германия, припаянного к кристаллодержателю, контактного электрода в виде тонкой проволоки и стеклянного баллона. Особенностью точечных диодов является большое сопротивление базы, что приводит к увеличению прямого напряжения на диоде.
В связи с недостатками точечных диодов они практически полностью вытеснены импульсными диодами, производство которых основано на современных производительных и контролируемых методах формирования p-n-переходов (планарной технологии, эпитаксиального наращивания). Основным исходным полупроводниковым материалом при этом служит кремний, а иногда арсенид галлия.

Рис. 2.11. Конструкция импульсного диода:
1 – кристалл полупроводника; 2 – кристаллодержатель; 3 – припой; 4 – контактная пружина;5 – стеклянный корпус; 6 – коваровая трубка; 7 – внешние выводы
В связи с недостатками точечных диодов они практически полностью вытеснены импульсными диодами, производство которых основано на современных производительных и контролируемых методах формирования p-n-переходов (планарной технологии, эпитаксиального наращивания). Основным исходным полупроводниковым материалом при этом служит кремний, а иногда арсенид галлия.
Для ускорения переходных процессов в кремниевых импульсных диодах и для уменьшения значения времени восстановления обратного сопротивления этих диодов в исходный кремний вводят примесь золота. Эта примесь обеспечивает появление в запрещенной зоне кремния энергетических уровней рекомбинационных ловушек и уменьшение времени жизни неосновных носителей.
В настоящее время большинство конструкций имеет металлокерамический, металлостеклянный или металлический корпус с ленточными выводами.
Рассмотрим процесс переключения такого диода при воздействии на него прямоугольного импульса (рис. 2.12).
При прямом напряжении на участке происходит инжекция носителей из эмиттерной области в базовую и их накопление там. При смене полярности напряжения на обратную в первый момент величина обратного тока будет значительна, а обратное сопротивление диода резко уменьшится, так как накопленные в базе неосновные носители под действием изменившегося направления напряженности электрического поля начнут двигаться в сторону p-n-перехода, образуя импульс обратного тока. По мере перехода их в эмиттерную область, их количество уменьшится и через некоторое время обратный ток достигнет нормального установившегося значения, а сопротивление диода в обратном направлении восстановится до нормальной величины.

Рис. 2.12. Переходные процессы в импульсном диоде
Процесс уменьшения накопленного заряда в базе называется рассасыванием, а время, в течение которого обратный ток изменяется от максимального значения до установившегося, называется временем восстановления обратного сопротивления. Время восстановления обратного сопротивления – один из важнейших параметров импульсных диодов. Чем оно меньше, тем диод лучше. Для улучшения свойств импульсных диодов исходный полупроводник выбирают с малым временем жизни носителей заряда (для более интенсивного процесса рекомбинации в базе), а сам p-n-переход делают с малой площадью, чтобы снизить величину барьерной емкости перехода .


Работа импульсного диода при высоком уровне инжекции

Из-за инерционности электрических процессов переклю­чение импульсного диода из проводящего состояния в не­проводящее и обратно происходит не мгновенно, а в тече­ние некоторого времени, причем переходный процесс зави­сит от амплитуды входного сигнала (уровня инжекции) и внутреннего сопротивления генератора.

Рассмотрим переходные процессы при высоком уровне инжекции (при больших амплитудах импульсов). Обычно сопротивление нагрузки значительно больше прямого со­противления диода, и поэтому можно считать, что схема питается от генератора тока с амплитудой импульса тока I_пр. В момент включения импульса прямого тока сопро­тивление базы диода определяется равновесной концен­трацией носителей заряда. Этому сопротивлению соответ­ствует падение напряжения на диоде U_пр.и. (рис. 2.12).

В результате возникшей инжекции в базе происходит накопление неосновных неравновесных носителей зарядов, снижающих сопротивление базы, что в первую очередь приводит к уменьшению падения напряжения на диоде до установившегося значения U_пр. Интервал времени от на­чала импульса до момента, когда напряжение на диоде упадет до 1,2U_пр, называется временем установления прямого напряжения и обозначается I_уст. При выключе­нии прямого тока падение напряжения на сопротивлении базы становится равным нулю и напряжение на диоде скач­ком уменьшается до значения U'_пр. Напряжение U'_пр обус­ловлено зарядами, накопленными в базе в процессе инжек­ции, и называется послеинжекционным. По мере реком­бинации концентрация инжектированных носителей умень­шается и напряжение на диоде падает.


Обозначение импульсных диодов
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
Конструкция импульсных диодов
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.
Принцип работ импульсных диодов
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.
Параметры импульсных диодов
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:

1. 
   емкость;
   
2. 
   максимальное импульсное прямое напряжение;
   
3. 
   максимальный импульсный прямой ток;
   
4. 
   время восстановления обратного сопротивления.
   

Вольт-амперная характеристика p-n перехода, представляющая зависимость плотности полного тока на границе перехода от напряжения смещения:

где

На практике для реальных полупроводниковых приборов используют вольт-амперную характеристику для полного тока через p-n переход:

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.