Книга: Дулин В.Н. (Электронные приборы) глава 11 - Полупроводниковые диоды

Распознанный текст из изображения:

"е кремниевого диода в стеклянном корпусе и диффузионного бес- ' ко пусного диода..

Одна.из полупроводниковых областей, образующих р-и переход, имеет- бэлзе высокую концентрацию примесей и образуИ

иткгер, а вторая полупроводниковая область — богу.

Большинство полупроводниковых диодов выполняется йа основе несимметричных электронно-дырочных переходов как типа .л-гкь так и типа р-л; используются в полулроводниковых диодах тш пеРехоДы металл — полУпРовоДникг пеРехоДы типа Р-г и и-б и другие.

В этой главе рассматривается большинство тинов полупроводниковых диодов, аа исключением фотодиодов и светодиодов, с которыми читатель может познакомиться в гл. 14.

Полупроводниковые диоды, используемые в дналавоне сверхвысоких частот (параметрические диоды, переключательные н лазиннокпролетные диоды, диоды Ганна), изучаются в курсе «Элеггтронные приборы СВЧ и квантовые приборы».

Система обозначений полупроводниковых диодов регламентируется ГОСТ 10862-72, их условные графические обовначения— ГОСТ 2.728-73, а термины — ГОСТ 20004-74, ГОСТ 20005-74 и ГОСТ -18994-73.

б 7 1

Рис. ПЦ. Устройство сплавного кремниевого (а) в бес- корпусного дкффуавоявого (б)

днсдов.

г — р — зг;г — л — и;г вр„

сгеллсаеркыгель; б — сгеклкввма . ксрлгс; б — алмккела; б — вывод 7 — сььйческкв контакт; б — смела;

г — славка З!Оь.

б)

'Раэличают плоскостные,и точечные диоды. Диоды первого "' типа получают обычно сплавным или диффузионным методом."" В точечных диодах площадь перехода значительно меньше, чем: в плоскостных. Диоды этого типа изготавливаются методоы вплавлення тонкой металлической проволоки в базу диода с одно- ":, временной присадкой лэгирующего вещества.

Классификация. Группа полупроводниковых диодов весьма многочисленна. В качестве классификационных могут быть испольвованы разнообразные признаки. Выше мы уже говорили, что '-, полупроводниковые диоды различают по методу их изготовления и по типу р-и перехода. Классифицируют диоды также по основндму материалу; германиееме, кремниевые, диода "из арсенйдя:.р гаЛЛия И др. бдиане Одины Ма.нйНОВНЫХ-ПРИЗИГанр)копуждт.иаэца- - .. чение прибора: выпрямительные диоды,дешекторные, преобразовательные, переклюитлеяькме; дкобды — стабилизаторы напряйгения (стабилитроны), параметрические диоды и др. Выделиют также диоды, отличающиеся основными фиэическнми процессами: лавинно-пролетный диод, туннельнай диод, гйотодиод; свето-

диод и др.

248

)ь.

к

11-2. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ДИОДЕ

Как уже отмечалось, полупроводниковый диод содержинт один электрический переход. Поэтому физические процессы, рассмотреййыэлввхпгцлггнийктрокко-дыРочного перехода в гл. 10, по сути дела являются физическими процессами в идеализированном диоде. Следовательно, вольт-амперная харйктерИСХИка идеализированного полупроводникового дйода описывается выражением (10-52), рО ОГр пэрбубдт

1=М огат — 1).

В реальных диодах, однако, протекают физические процессы, не учтенные при анализе идеализированного р-и перехода, и поэтому на характер зависимости (МФ327 влияет ряд дополнительных факторов. Рассмотрим вначале основные иа этих.факторов иа примере диода с базой на основе п-полупроводника.

Диод при подключении внешнего обратного напряжения. В этом случае„как следует из рассмотрения, проведенного в гл. 10, ширина запирающего слоя на переходе увеличивается, растет высота потенциального барьера и переход, а следовательно, и диод характеривуются высоким сопротивлением. Через переход течет обратный ток, который для диодов определяют как общий ток проводимости, текущий в обратном направлении.

Величина обратного тока играет важную роль не только в случае подключения к диоду обратного напршкения, когда при гг' ( 0 .

~сь (11-1)

но и в том случае, когда диод находится под прямым налряжением. В последнем случае (сг') О) согласно (10-52)

у, ус швт (11-2) и, следовательно, вид прямой ветви вольт-амперной характеристики также зависит от ге.

В й 10-3 прн выводе вольт-амперной характеристики идеализированного р-л перехода (10-52) мы 'считали, что обратный тдк обусловлен только двшкеиием неосновиых носителей,

Распознанный текст из изображения:

частиц в области запирающего слоя обусловливают протекание тока рекомбинации 1„.

Процесс генерации в переходе происходит в результате разрыва валентных связей, а такоке вследствие ионизации примесных центров с глубокими энергетическими уровнями, близкими к середине запрещенной зоны ($9-2).

Процесс рекомбинации частиц обусловлен тем, что частицы с энергией, недостаточной для преодоления потенциального барьера, проникая на'некоторую глубину в запирающий слой, теряют свою скорость в поле перехода н выносятся этим полем обратно. В результате аначительного времени пребывания таких ' астиц в запирающем слое увеличивается вероятность их реком-. инацци через ловушки и другие дефекты структуры и появляется ток рекомбинации 1„.

В состоянии динамического равновесия (ХХ = О) встречные потоки носителей компенсируются, так что ток геыерацин равен току рекомбинации.

При обратном .напряжении (ХХ ( О) потенциальный барьер,.' в переходе возрастает, глубина проникновения частиц в запирающий слой уменьшается, снижается' вероятность их рекомбинации в переходе и, следовательно, уменьшается ток рекомбина- .' ции. Наряду с этим увеличение обратного напряжения приводит, к 'расширению запирающего слоя и росту объема, в котором про- ' исходит генерация подвижных носителей.

Для ~оценки тока генерации можно записать вырлжение по аналогии с (И-3):

Хв=ево т +т ° (И-7)

В самом деле, акти генерации носителей, число которых определяет ток 1, протекают в обьеме в( запирающего слоя, где прц Т ди 300 К все примесыые атомы ионизироваыы и скорость генерации носителей обоих знаков определяется временем жизни как электронов, так и дырокСПрн обратных напряжениях, превышающих сотые доли вольта, ток генерации значительно больше тока рекомбинацииоьХв» 1„. 1

Из (И-7) следуеК;-что в результате различия собственных концентраций в германии и кремнии (2,5 10" см з и 2 10'о см соответственно) ток Хв в германии для одинаковых по геометри- )»1 ческиц размерам )оереходов примерно в тысячу раз больше, чем о' '., в кремнии.

Как видно из выражении (И-7), ток 1„прямо пропорционален .". ширине запирающего слоя й Вследствие этого ток 1 растет с увеличением обратного напряжения так же, как и величина т. е. пропорционально )ХХ)ыз (10-37).

Сравним ток 1в с тепловым током в диоде при условии ю, » Х р и полагая, что в основном ток Х, соадается двинооыием дырок ив базы в эмиттер, т. е. 'концентрация примесей в эмиттере зна-

чнтельно выше концентрации примесей в баве (Хо'о» Хогр). Тогда

на основании (И-3) имеем:

о рР»о

1, ев (И-8)

тр

Используя (9-67), получаем:

Ер»о.

Хо р- ев— (И-9)

тр Уд'

Полагая т„ж тр и учитывая соотношение (И-7), запишем

отношение токов:

Х 1Жд

(И-10)

Хо 2Ар»,

Различие в величинах этого соотношения для германиевого и кремниевого диодов (при одинаковой концентрации Л' ) определяетдя главным образом разными значениями для этих материалов концентрации иь так как Х и 1 (вследствие разности диэлектрической проницаемости) для германия и кремния отличаются менее существенно (см. табл. 9-1). Расчет соотношения (И-10) показывает, что при концентрации примесей Л' ж 10'о см-' и Т ж 300 К ток генерации в германиевом диоде составляет десятые доли тока Хо, а в кремниевом диоде — примерно 10'1,.

Для определения зависимости 1в 1(Т) можно воспользоваться выражением (И-6), уменьшив аначения коэффициента а в ое.

~5. и

ок утечкц) (11оверхностные явления вызывают так называемый ток утечки Т~который при больших отрицательных напряжениях сравним с оком 1о в германиевых и с током 1 в кремниевых диодах.1 Ток утечки растет пропорционально обратному напряжению, нЬ-слабо зависит от температуры; значение его может существенно зависеть от времени и от температуры окружающей среды'.~Ток 1у, составляя существеыную часть обратного тока, в значительной иере определяет временную и климатическую нестабильность обратной ветви вольт-амперной характеристики.

. Полный обратный ток. Таким образом, обратный ток в диоде, который обозначают символом1,зр, слагается-из ряда составляющих:

(И-И)

1озр = 1о+ 1в+ Ху.

При Т ж 300 К обратный ток.в германиевых диодах определяется в основном тепловым током, а в кремниевых диодах— током генерации. Поскольку тек 1, сильней изменяется с температурой, то при температурах выше 100'С в кремниевых диодах начинает превалировать тепловой ток.

Как следует нз приведенных выше соотношений обратный ток в германиевых диодах, как правило, на несколько порядков выше тока 1 вр в диодах, выполненных из кремния.

оы-

Распознанный текст из изображения:

чем базы

прямой ток обусловлен в основном инжекцией дырок из эмиттера да

в баву. Для оценки аначения тока за счет инжекцни неосновных:,

носителей в базу, как доли общего тока череа йереход, служит"

коэффициент инжекции

гр

1р+гр

(11-14),,'

Диод под прямым напряжением. При подключении к диоду прямого напряжения потенциальный барьер в переходе снижа- .' ется, нарушается условие равновесия, начинается инжекция носителей ааряда и через переход течет прямой ток 1,р, определяемый как ток, протекающий через диод в прямом направлении, т. е. в направлении, при котором диод имеет низкое сопротивление.

Прямой ток и его зависимость от приложенного к диоду пря- ' мого напряжения, в отличие от идеализированного перехода, определяются рядом физических процессов, протекающих как",; в самом переходе, так и в базе реального диода. Рассмотрим основ- .' ные из этих процессовт

~~Рак реколсбинации. Ярк прямом напряжении, когда потен-,, циальный барьер на переходе уменьшается, число носителей заряда, проникающих в запирающий слой, и время их пребывания ..'; в этой области увеличиваются, процессы рекомбинации преобла- ' дают над процессамп генерации й,ток рекоыбинации 1, > 1 .

Ток 1„определяется следующей приближенной формулой (24ф"

до

1 > "> йт (11-12) %ф

тр+ тд чгх

Отсюда видно, чтс(~ок рекомбинации; как и диффузионныйг(>'-':: ток (11-2), растет экспоненциально с увеличением напряжения Ре '.:- однако для тока 1, эта зависимость слабее, так как в покааателе '.'". экспоненциального члена, в отличие от (11-2), имеется множи- ".' тель '/е.

т.

Поскольку ток 1„согласно (11-12) зависит от концентрации но его вначение различно для кремниевых и германиевых диодов. Долю этого тока в прямом токе диода ьюжно оценить, сравнив 1„с тепловым током. Как и ток генерации, ток 1, в германкевых диодах во много раз меныпе теплового тока 1,; в крем-, ' ниевых диодах ток 1„) 1„поэтому при низких прямых- напряжениях ток рекомбинации составляет заметную долю в прямом токе; с увеличением (1 диффузионный ток растет быстрей ':. и его доля в прямом токе становится преобладающей.

Иижекция носителей заряда. Поскольку в реальных диодах ." степень легирования эмиттера, как правило, значительно выше,

где 1 и 1„— дырочная и электронная составляющие тока через переход на металлургической границе.

Для определения коэффициента у можно воспольаоваться соотношениями (10-48) и (10-49), выразив коэффициенты Рр и Р„ согласно (9-101) и (9-103) через подвижности частиц и ааменив концентрации р„е и нре величинами р н н„е соответственно. В этом случае для диода с протяженными областями эмиттера и базы (и>р > Ь„и и>„) Ь 1> выражение (11-14) можно записать в виде

(11-15)

уж1 ——

Рз

Ре

р(х) = р„е+Лре "~~р

и выражением (10-35) для тонкой базы (и>„~ Ь )

р (х) = р„+ Лр (1 — — ~ .

Объемное сонротиеление базы, В случае низкого уровня инжекции носители зарядов, инжектированные в базу, мало изменя>от концентрацию подвижных носителей в базе и объемное сопротивление базы определяется ее геометрическими размерами и удельным сопротивлением рю т. е. концентрацией примесей:

гео = Ре (11-16)

Я

где з — площадь поперечного. сечения базы.

При невысокой степени легирования базы ее объемное сопротивление при протекании прямого тока может оказаться сравнимым по величине с сопротивлением перехода. В этом случае нельзя считать, что напряжерие внер>ней батареи целиком приложено к переходу, как мы предполагали при анализе идеализи-

Обычно для диодов характерно соотношение (11-13) и, следовательно, значение коэффициента у лишь немного меньше единицы (0,9 — '0,99). Так, при Л>, = 10'з см з (р 0,07 Ом см) и Л>д —— 10>е см з (р ж 5 Ом см) коэффициент у = 0,986.

Вторым важным параметром, характеризую>цим процесс инжекции носителей, служит коэффициент б — уровень инжекции (10-32), который мы рассматривали в з 10-3. От величины этого коэффициента зависит характер процессов в базе диода.

Физические процессы в базе. В результате инжекции в базе на границе с запирающим слоем образуется избыточная концентрация неосновных носителей Лр = р„— р„е (см. рис. 10-3, е).

Закон изменения концентрации неосноеных носителей в базе в результате их диффузионного движения от границы запирающего слоя определяется выражением (10-33) для толстой бавы

(и>. > Л,)

Распознанный текст из изображения:

гс(б) = 'и' 1пб.

5

(11-18)

При б ж 15 л- 20 сопротивление базы может уменьшиться в несколько раз по сравнению с гии.

Поле и базе диода. В З 10-1 при рассмотрении физических процессов в р-я переходе было показано, что в результате инжекции в баве у границы запирающего слоя образуется иабыточная концентрация положительных зарядов — дырок. Вследствие этого в баас вовннкает внутреннее электрическое поле, вектор напряя'енности 6с которого направлен от перехода в толщу базы. Под воадействнем этого поля из толщи бааы к переходу движутся электроны, образуя у перехода объемный заряд, примерно рав- т ный заряду дырок.

Однако полная компенсация положительного заряда дырок в результате этого процесса не может быть достигнута, так как в противном случае исчезло бы поле Жс, притягивающее электроны иа толщи базы. В базе остается некоторое остаточное поле, которое зависит от избыточной концентрации дырок Ар по сравнению с концентрацией и„ основных носителей заряда, т. е. от уровня инжекции б..

В случае низкого уровня инжекцни Ьр ~ ~и„ поле невелико и инжектированкые в базу дырки движутся далее от перехода в толщу лишь вследствие возникшего градиента их концентрация. Влияние поля йи на это движение пренебрежимо. мало. Неаначнтельно в этом случае и влияние объемного заряда инжектированных дырок на алектронейтральность. Вследствие сравнительной малости этого объемного заряда база остается квази- нейтральной.

Несколько иная картина наблюдается при высоком уровне;. инжекции (Ар ) и„). Возникающее при,этом поле йс оказывается достаточным для того, чтобы вызвать в базе заметное дрей- ' фовое движение неосновных носителей — дырок. Поскольку дрейф., дырок суммируется с их диффузной, скорость перемещения дырбк ", от перехода в базу увеличивается.

256

'Ф

рованного перехода, н необходимо учитывать падение напряжения не только на переходе, но и на объемном сопротивлении базы:

Г7 П р+ Ути ° (11-17)

Модуляция сопроглииленыя балы. При высоком уровне инжекции доля инжектированных в базу дырок в общей концентрации подвижных носителей зарядов оказывается весьма значительной и объемное сопротивление базы может ааметно уменьшиться. Это явление называют модуляцией сопротивления базы. Определить .изменение сопротивления базы в зависимости от коэффициента инжекцни б можно для тонкой базы (ю„~~ А ) по следующей приближенной формуле [24]:

Величину возннкатощего поля йи легко определить, используя уравнения (10-7) н (10-8) для плотностей дырочной и электронной составляющих тока. Для нашего случая запишем их в виде

дя 7„=ел,Р Же+ел),-д —,

7р — — иРРи — иву улР. (11-20)

Суммируя почленно эти уравнения (полагая др/дх = дп)дх, ур + 7„= )) и решая их относительно йс, получаем: ΄— Ог Зр

(11-21)

е()еиле +)ерРп) )еепп )ерРе Зл '

Первое слагаемое в этом уравнении характеризует поле в.базе, возникающее нэ-за падения напряжения на объемном сопротивлении базы при протекании тона; второе слагаемое определяет поле, появляющееся в результате градиента концентрации основных и неосновных носителей. 11-3. ВОЛЬТ-АИПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЕАЛЬНОГО ДИОДА

'Рассмотренные в предыдущем параграфе физические процессы в реальном диоде позволяют оценить основные отличия характеристики реального прибора от характеристики идеализированного диода, описываемой уравнением (10-52). т . . у Обратная ветвь вольт- -и и

-и амперной характеристики. Как было показано выше, обратный ток в любом диоде содержит ряд состав-

я ляющих, причем "велнчйна я) з7 ка вт материала. На рис. 11-2 Рис. Н-2. Коипокекты обратного тока показаны основные соста- в креюшевом (е) в германкезом (б) диодах. в кремниевом н германневом диодах,' йричем масштабы рисунков 11-2, а и б различны, поскольку ток уе в германневом диоде на несколько порядков больше тона в кремниевом диоде.

В 2 10-5 мы рассмотрели различные механиамы пробоя электронно-дырочного перехода. Вольт-амперные характеристики при лавинном, туннельном и тепловом пробоях показаны на рнс. 10-12.

Прямая ветвь вольт-амперной характеристики. Согласно выра~ жению (10-52) завислиость величины тока в диоде от прямого' напряжения должна быть экспоненциальной. Однако реальные характеристики диодов стило~)ютс1г-пт этого. идеаливированного закона по ряду причин, рассмотренных в 2 11-2.

257

9 дузээ В, Н.

Распознанный текст из изображения:

',1.=б г "

Ввиду резкой зависимости )грямого тонер от напряжения прямую ветвь вольт-амперной характеристики обычно описывают соотношением, в котором ток Х берут в качестве аргумента. Эту зависимость легко получить, логарифмируя (10-52), и записывая результат относительно П:

0= ау)п( 1 +1). (11-22)

Отсюда видно, что напряжение бр', соответствующее некоторому заданному аначению прямого тока 1, тем больше, чем меныпе обратный ток 1~. У кремниевых диодов, ток 1, которых значительно меньше, чем у германиевых, начальный участок прямой ветви очень пологий (рис. 11-3, а). На этом участке ток б

а) бр'

Рес. з)-3. брольт-вмпервме хараатзрисгявл кремниевого и геряаваееого диодов. (а) и зависимость золы-запериой характеуватааи

диода от паощада перехода (б).

у кремниевых диодов определяется в основном процессами рекомбинации носителей в переходя —,-которые прн-гр' ) КйрвпЩадают над процессаыи тепловой генерации.

Изменяется также вид вольт-амперной характеристйки в аависимости от площади перехода з (рис. 11-3, б). С увеличением з растет тепловой ток, а следовательно, и прямая ветвь характеристики идет круче.

Существенное влияние на ход зависимости (р' = бр (1) оказывает омическое сопротивление гс бввового с р)осбь, прямой ток, протекая по базе, создает падение напряжения:

с)е = йгб бре —, (11-23)

Это падение напряжения. весьма значительно уже при 1 ) 2мА. Учитывая (11-23), выражение для вольт-ампериой характеристики следует записать в виде

б (бб — рре)

1=1,)а ° -11

(11-24)

ияи

ЕУ = — )п ~ —.+ 1) + 1ге. )бТ ! а Га

(11-25)

В реаультате участок вольт-амперной характеристики, соответствующий токам 1 ) 2 мА, а в болев мощных диодах 1 ~ 20 мА, оказывается более пблогнм (рис. 11-4). Эту часть характеристики часто называют омической. При высоком уровне инжекции, когда число. инжектируемых в базу носителей велико, сопротивление бааы несколько уменьшается и вольт-амперная характеристика идет круче.

Начальный участок прямой ветви вольт-амперной характеристики для любого реального диода отличается от кривой, соответствующей (10-52).) Вгерманиевых диодах его наклон ппрэдедяется начение ов т ка в кремнтйевйх диодах — током р б б . Р Рр р у германиевых диодов начинается как пра- Г вило, при меньших аначениях прямого напряжении.

В начале крутого участка характеристика близка к экспоненциальной; здесь основную Г роль играет диффузия кнжектнрованных в базу носителей (низкий уровень ннжекции). В дальнейшем с увеличением тока все больше сказывается влияние обьемного сонротивле- и ния базы, а также других процессов, харак- и

иб тарных для относитеЛьно высокого уровня инжекции. Условные границы между раа- Рас. (1-4. Врямза личными участками вольт-амперной характе- ветвь вольт-ампзрасй ристики да и сам характер эависнмости хзразтерастакэ део. 1 = бр (()) существенно рааличны для герма.

1 — азспсзеэциазъзаз; ниевых и яре)бниевых ДиоДов, Для ДноДов з — зз сзз з с»с) с толстой и тонкой базой и др. Так, напри- з'~",„з"„,заза,"" ""' мер, для кремниевых диодов характерен бо- бара. лее резкий переход от начального пологого участка к области, где проявляются особенности высокого уровня ннжекции; в германиевых диодах омический участок более крутой, так как подвижность носителей в германии значительно выше, чем в кремнии, и т. п. Изменение вольт-ампериой характеристики с температурой.

р рбббрб брбб ц~ сбаа зависимость весьма существенна.

На--рие.-И-Ь;-и, б покаааны вольт-аыперные характеристики . германиевого дйэда Д9И и кремниевого диода Д106А. С изменением температуры меняются как обратная, так и прямая ветви харак- . теристики.

Тепловой ток бз и ток 1 генерации пар зарядов в переходе, определяющие обратбиую ветвь ха рыанишщх и кремниевых Иодов с ' рой по закову твежхдди с ростом зоях т'оков увеличивается полный.обратвйй ток, а прямая ветвь харайтеристййи сдвигается влево и становится более крутой. Обратный ток

Яб Збй

Распознанный текст из изображения:

р-)-о

рс

с

с

Г Гп )

Рве 11 7 Эквивалентная схема

диода о подключенным к нему

источником сигнала.

рис П 6. Определение пара

метров по вольт ампервой ха роитервсмрие.

Л(1

с=в

АТ '

(11-26)

(11-29)

261

с увеличением .температуры увеличивается на каждые 10'С примерно в два рава в германиевых диодах и в два с половиной раза в креыниевых диодах.

Темпе атурная зависимость прямого тока объясняется как процессами в амом переходе 1изызибние етоидв ~~;~,"тД, так и изменением сопротивления базового слоя. Последнее обстоятельство объясняет увеличение крутизны характеристики с тесгр *рро. ор „яррррр дргр р,и о,р,~д.

торого изготовлена база, с ростом температуры увеличивается;

Рис. 11-5. Изменение вольт-амперных характеристик в зависимости от тем-

пературы.

а — гормппиевого диода; С вЂ” иромдиового диода.

снижается поэтому и падение напряжения на базе; омический участок становится более крутым.

Для оценки температурной зависимости примой ветви характеристики используется специальная величина е — шэмпеуатпурный коэффициент напряжения (ТКЙ):

показывающий изменение црямого напряжения Л(р' аа счет изменения температуры ЬТ = 1'С прйнеиоторо значекиипркппгочпк .

Температурный 'коэффициент — напряжения как для кремйиер р~м * рррр им: и=три~ о.

11-4. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ДИОДОВ

Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода (так же, как и вакуумного) представляет собой нелинейную вависимость между током и напряжением. В общем случае к диоду может быть приложено как постоянное напряжение, определяю-

щее рабочую точку на его характеристике, так и переменное напряжение, амплитуда которого определяет траекторию рабочей точки. Поэтому для полупроводниковых диодов, так же как и для 'электровакуумиых электронных приборов, помимо параметров прибора на постоянном токе используют дифференциальные параметры — величины, характеризующие работу прибора на переменном токе.

Дифференциальное сопротивлйнце

гд р= —. ) (11-27) определяет изменение тока через диод при изменении напряжения вблизи некоторого значения с1, заданного рабочей точкой.

Сопротивление гдие численно равно котангенсу угла наклона касательной к характеристике в .'рабочей точке (рис. 11-6). Дли Идеалйэированного диода сопротивление гдмр легко цолучить дифференцированием (11-22): (( 7( Т ~„ /т/ + 1 )

— (11-28

д1 р (1+1о)

( -28)

Дифференциальное сопротивление зависит от тока или от приложенного к диоду напряжения. При П ( 01сопротивление гр е велико.' от'нвспплвких дэс мегееег.

при подклю сенин прямого напряжения диффе))вл))дельное сопротивленйе также рависит оот хтака и уменьюается сего воствсг

ля "си)гьных диодов т и-:врвямом наадряжень~и мо)иип при=

Д р

Р р~ Рсрр *, Ьгеиуг РЯ

26

1(мА) '

которая получена из (11-28) кри 1,д То и )сТ)е = 0,026 В.

Распознанный текст из изображения:

И1о(гЦ +В

гав

е!

(11-32)

При прямом токе сопротивление по постоянному току обоэначается как г р к, а при обратном токе — г,ар а.

Дня реальных диодов, как правило, г„р а) г,о и гвер д ( г ~.

Еажоети диода. К основным параметрам следует отвести также барьерную и диффуаионную емкости диода. Емкости алектровнодыуочного перехода бмлн рассмотрены'нами и $10-6. Соотношения (1Ов66), (10-68) с достаточной точностью определяют этн емкости в полупроводниковом диоде и их эависвмость от напряжения и тока соответственно:

ф,= — ~

1 У' р„+~и~

Сп - "-~~~г ~1 ' — весЬ а'в ».

Ау 1 Г,р1'

Для диода с толстой базой весЬ вЂ” "жО и последнее выраженно упрощается к виду (10-69):

Ьр

в

Св — утр.

'кг

Емкости полупроводниковых диодов играют важную роль в случае использования диодов в вмпульсном режиме, а также для преобразования сигналов (детектирования, смешения и др.) высоких и сверхвысоких частот. В качестве параметра испольэуется оби1ля емкость диода Ск — емкость, намеренная между вмаодамн диода при эаданных натряжении смещения и частоте. Значение С„ включает не только емкости Серр и" Сп, но также н емкость корпуса првбора С,.

11-5. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

ДИОДАХ

В ряде устройств, среди которых главное место занимают вычислительные устройства, полупроводникоаые диоды работают в импульсном режвме. В этом режиие время, в жение которого абаз

Семввччвивевме и~ьиоороииноыу чюиу. Эти сопротивление равно отношению постоянного напр ого и лиону,

гд — л

Г

1

(11 ЗО)

Численно величина г„равна котангесу угла валлона прямой, соединяющей рабочую точку с началом координат (рис 11-6). Для идеалиэированного диода

П

ъ- —— Гак;-.. с1-зо

ток или напряжение, подводимые к диоду, наменяются по величине нли энаку, измеряется очень короткими интервалами, вплоть до 10 'в — 10-" с. Практически можно считать, 'что к диоду подводятся ступенчато-меняющиеся напряжение или ток, в эависимости от гэа внутреннего сопротивления источника сигнала.

Очевидно, что при иэмевении подводимого к диоду напряжения

с прямого на обратное должны измениться величина и направление тока череа прибор. Эти иэменення в реальном диоде ве могут проиэойтн мгновднно, так как они связаны с инерционными

процессами рассасывания эаряда в баас инжектированных носителей и перезаряда емкосри перехода. Поэтому при ступенчатом

изменении напряжения, подводимого к диоду, стационарное значение тока устанавливается в течение некоторого интервала времени. Рассмотрим эти процессы, которые называются переходными или лестоционарняли, более подробно.

Схема подключения источника сигнала ~) диоду показана на рис. 11-7„ где диод представлен эквивалентной электрической цепью, содержащей 'сопротивяение перехода гю объемное сопротивление базы ге в'шувтирующую перевод емкость Се,р. Совокупность этих элементов образует общее сопротивление диода Ед, которое в общем случае имеет комплексный характер: Яд = Лк + + 1Хд.

Если гак э Лд, то источник сигнала следует рассматривать как Генератор тока, веяичина которого определяется сопротивлением г,а. При условии гэа ~ Лл источник 'сигнала представляет собой генератор напряжения.

В схему рис. 11-7 включен также'иэмерительиый виэкоомвый резистор гк <' Вд, на зажимах которого в,точках б — в с помощью осциллографа можно получить временную диаграмму — осциллограмму тока дйода: 1д (1). Осциллограмму напряжения на диоде можно получить, подключив осциллограф к точкам а н б.

Рассмотрим осциллограммы напряжения Иа диоде ид (1) и тока в цепи диода 1д (1) для случаев подключения к диодугевераторов напряжения или тока применительно к режимам работы при виэком и высоком. уровнях инжекцин.

На.рве. 11-8 показаны осциллограммы прямоугольного импульса тока и ступенчатого напряжения, подводвмых К диоду от генераторов тока и напряжевня соответственно. Ниже' покараны осциллограммы напряжения на диоде ид (1) и тока в диоде 1д(1) в предположении, что диод работает в режиме ниэкого уровня иgжекции.

В рассматриваемом случае (б <, '1) число инжектнруемыв в баау носителей относительно невелико. Поэтому процессы накопления и рассасьваввя носителей в базе и эффект модуляции сопротивленнв бары играют лишь второстепенную роль.

сновкое влияние на характер.установления токов и напряжо. иий окаэывают нроцессы эаряда и раэряда барьерной емкости р-и перехода.

Распознанный текст из изображения:

)Ф> )1у

а)' )

!

О

зз се убйесе

б)

ряе

б) е)

л

При подаче импульса тока (рис. 11-8, а) в первый момент вРемени Г ток пРотекает главным обРазом чеРез Сб,р, поэтомУ напряжение ид определяется падением напряжения на сопротивлении гб. В этот же момент начинается заряд емкости Сб,р через сопротивления г„и гб и к напряятению на базе диода добавляется растущее со временем напряжение на емкости Сб,р, а следовательно, и на переходе.

В момент гв выключения иыпульса тока напряжение сразу же уменыпается на величину >иге, а затем наблюдаются разряд емкости Сб,р через сопротивление гп и соответственное уменьшение напряжения ид по экспоненте.

Рис. 11-8. Перехбдные процессы в диоде при

низком уровне инжекции.

а — импульс тока, питающего диод; б — ' напряжение

на диоде; з — ступенчатое напряжение, подводимое

к диоду; г — ток в диоде.

Переходные процессы при подключении к диоду генератора напряжения также объясняются переэарядом емкости Сб,р. В момент 1> ток >д огРаничиваетсЯ лишь сопРотивлением гб. По меРе заряда емкости Сб,р растет напряжение на переходе и ток 1 убывает п9 экспоненциальному закону, стремясь к некотороыу стационарному значению.

При резком переключении в момент гт напряжения с прямого на обратное обратный ток через диод оказывается весьма сущестренным; его величина снова определяется только сопротивлением гш так как напряжение на переходе (на емкости Сб,р) мгновенно измениться не может. Лишь по мере перезаряда емкости Сб,р напряжение на ней иаменяется по экспоненциальному закону, а ток г стремится к стационарному значению.

Несколько иначе выглядят осциллограммы ид и >дв режиме высокого уровня инжекции (6 ~ 1) (рис. 11-9). В этом случае доминирующими становятся процессы накопления и рассасывания инжектированных в базу носителей.

На рис. 11-9 помимо осциллограмм токов и напряжений показаны также кривые изменения концентрации неосновных носителей в базе для различных моментов времени. В ыомент гд капря-

Рпс. 11-9. Переходные процессы н диоде прк высоком

уронят ввженцвя.

с — импульс тона, лягающего днад; б — напряжение на диоде;

з и е — йрквме изменении концентрации носителей в базе;

з — ступекяатос напряжение, подводимое к диоду; д — ток

в диоде,

жение ид определяется падением напряжения на сопротивлении гб + г„. Поскольку временем перезаряда емкости перехода можно преиебречь, напряжение на диоде в ыомент г> достигает и,п, определяемого сопротивлениями гб и г„н в базу ипжектируются дырки (кривая 1 на рис. 11-9, в). В дальнейшем (моыенты

Распознанный текст из изображения:

ге и 1,) дырки постепенно диффувдируют в толщу базы (кривьге 2 и 3 на рис. И-9, е). При атом градиент концентрации дырок в базе у границы перехода остается неивмеввым, так.как ток через диод, равный 1я, остается неизменным.

В результате накопления дырок в базе ее сопротивление в интервале гб — 1, постепенно уменьшается до га и, следовательно, снижается напряжение и .

При выключении тока (момент 1,) напряжение ид сразу же

б

уменьшается на величину 1гв. Напряжение на переходе скачком измениться не может, так как процесс рассасывания носителей в базе инерционен. В результате обратного движения через переход в змиттер, а также вследствие рекомбинации накопившийся заряд дырок рассасывается в базе лишь в течение интервала времени гв — 1,. При этом градиент концентрации дырок у границы перехода равен нулю, так как 1 = О.

Сходные по своему характеру процессы протекают и при подключении к диоду генератора напряжения. После включения напряжения ток черев диод достигает стационарного значения не сразу, так как начинается процесс инжекции и накапливания носителей в базе. В момент гб напряжение на диоде складывается из- падения напряжения на переходе и падения напряжения на сопротивлении базы, которое относительно велико, так как .'" в базе еще почти нет инжектированвых носителей (кривая 1 на рис. И-9, е). Поскольку'и = сопз1, напряжение на переходе невелико и избыточная концентрация дырок в базе у границы перехода незначительна. Ток 1д в этот момент определяетсясопротивлениями гс и г,. Далее (моменты ген гз) дырки диффундируют в базу, ее сопротивление уменьшается, напряжение на переходе растет, увеличивается и избыточная концентрация дырок у границы перехода (кривые 2 и 8 на рис. И-9, е). Растет также гра-'"б диент концентрации дырок, а с 'ним и ток 1д.

При-переключении напряжения с прямого на обратное обрауный ток достигает значительной величины, определяемой лишь объемным сопротивлением базы, достаточно малым в этот момент из-за большой концентрации ивжектированных носителей. В течение интервала гв — 1, обратный ток остается практически неизменным, так как не меняются градиенты концентрации дырок у границы перехода и у базового вывода (кривые 4 — б нв '.. рис. И-9, е). В дальнейшем наблюдается снижение концентрации р„ до нуля (в результате зкстракции дырок через. переход и ток 1д ' " постепенно уменьшается до стационарного значения.

И-6. ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ ДИОДЫ

Выпрямительные полупроводниковые диоды используются в качестве вентилей (элементов с односторонней проводимостью)

устройствах преобразования переменного тока в постоянный. Выпрямительные диоды разливавши по материалу, используе-

уз бб лязлл б б~~, р

бя' . ~ЯЗВ и ' .~б" бб Ш малой, среднеи и большои мощйостк).

Парамет(иа 'внпервтвйгельиьех 'диодов. В качестве параметров выпрямительных диодов используются статические параметры, рассмотренные в $ И-4, а также элект ические вел е-

е бб г, бмм: бб з г м тОК ВВР Об =СРЕДНЕЕ За ПЕРИОД Званвива НРЯМОГО-таЛЛГЩР,~ь— среднее эа период значение обратного трдв„'средний выпрямленный тик'.Х .„, -' средййе йй ъерйод значение выцдшдлйййого тока (с Учетом'обРатного тока);'сРе1(нее пРЯмое напРЯжвние П,р ср— Рдс. И-И. Устройство гермавневого дм-

пульсвого диода. 3 — кристалл гермеккя; З вЂ” вольФрамовая игла;

в ь- сеекдялмма корлтс; ° — емеодм. Рве. 11-10. Устройство гермеввевого сплав-

ного диода. 1 колербммв корлтс| я — кркстелл гермзлкя~ в — р-е лсрелод; в — сееклядлмз изолятор;

В крксгеллодермегель; в — емеодм. среднее эа период значение прямого напряжения при заданном средвви эначедид пвдиргетока и средняв рассеиваемая мощносФь Дбвййа Ры р — СРЕДНЯЯ Эа ПЕРИОД МОЩИЕСТЬ РаеоецваЗШЯ ДИОДОМ при протекав~а урка 'в црщ10ы д обратном иаправлениях.

Рврйайиевые и времииевые плоскостные диоды. В качестве примера на рис. И-10 показано устройство германиевого сплавного диода. Гврмавиевые и кремниевые плоскостные диоды ивготавливают обычно сплавным методом. В пластинку и-германия вплавляют таблетку индиа, а в пластинку и-кремния — алюминий. Нижняя часть пластины припаивается к кристаллодержателю или к корпусу. Припой, содержащий сурьму, обеспечивает омический контакт. Мощные кремниевые диоды иногда изготавливают путем диффузии примесей (бора или фосфора) в кри-. сталл и- или р-кремния.

Диоды обычно помещают в герметивированный корпус, что обеспечивает возможность' их работы в условиях высокой влажности. Максимальная рабочая температура гермавиевых диодов +70'Сб а кремниевых — до +159'С. Для обеспечения условий

Распознанный текст из изображения:

отвода тепла в мощных диодах используется массивный металлический корпус, к которому и припаивается пластина полупроводника, а еще более мощные диоды снабжаются внешним радиатором или устройством для принудительного воздушного или жидкостного охлаждения.

Иа рис. 11-5 были показаны вольт-амперные характеристики германиевых и кремниевых диодов н их изменение в интервале рабочих температур. Сравнивая зти характеристики, можно оделать выводы о типичных отличиях диодов из герыания и кремния. Обратный ток в кремниевых диодах' значительно меньше, а падение напряжения на диоде при прямом включении, как правило, больше. Допустимая плотность прямого тока в кремниевых диодах выше, чем у гермакиевых; значительно больше (до 1500 вместо 400 В) н допустимое обратное напряжение.

Различны также зависимости напряжения пробоя от температуры. В германиевых диодах чаще наблюдается тепловой пробойь а у кремниевых — лавинный или туннельный пробой.

11-7. ИМПУЛЬСНЫЕ ДИОДЫ

Импульсные диоды предназначены для работы в импульсном режиме, т. е. в устройствах формирования и преобразования импУльсных сигналов, а также в ключевых и логических схе.мах. )Импульсные диоды (рис. 11-11), как правило, имеют малую площадь электрического перехода. Это позволяет существенно снизить емкости перехода (не выше единиц пикофарад), что особенно важно для уменьшения времени переходных процессов в диоде. Оджрко вследствие малой площади перехода импульсные диоды характеризуются низкой допустимой мощностью рассеяния (20 — 30 мВт).

Параметры. Основными параметраыи импульсных диодов служат специальные величины, характеризующие переходные процессы в приборе при быстрых изменениях внешнего напряжения или тока. Эти параметры иллюстрируются рис. 11-12. Физические процессы, лежащие в основе приводимых осциллограмм, обсуждались в $11-5.

Параметр Ьу„характеризует время установления прямого напряжения на диоде (уменьшения пика до 1,2сг' р и). Величина Ьу„ характеризуется средним временем диффузии инжектированныи носителей в базе и снижением вследствие этого сопротивления базы. Величину у „нааывают временем установления прямого папряжерьил.приьрдьр.

При переключении напряжения с прямого на обратное рассасывание избыточной концентрации инжектированных носителей в базе за счет диффузии и рекомбинации происходит не мгновенно. Этот процесс характеризуется параметром Ьнос — временеМ еосстановления обратного сопротивления диода. Это время измеряют от момента ут — переключения напряженйя с прямого на обрат-

ное — до того момента, при котором обратный ток достигает 0,1 У,

В переходном процессе восстановления обратного сопротивления различают две стадии: стадию высокой обратной проводимости (интервал ью) и стадию быстрого спадания обратного тока (интервал Ьет). Эти интервалы измеряются между моментами, когда ток достигает значений 0,8 1озр и н 0 2 1сзр Рг.

Интервал укос связан с еще одним употребительным параметром импульсных диодов — зарядом переключения

ии ЬРР Р

герр Р,упер! гРР.Р ф 'РЬР г,ррер„ ДУР!~ г.ррррр

бьр Ряс. 11-12. Параметры переходных процессов

н импульсном диоде. а — импульс тока, подаодимого к диоду; 6 — напукжсние на диоде; е — ступенчатое найрнжение,

подеодимое к диоду, г — ток и диоде. Заряд переключения равен полной величине заряда, протекающего через диод за все время переходного процессаэ от момента Ьт переключения до установления стационарного значения обратного тока.

Для ускорения процесса восстановления обратного сопротивления база в некоторых импульсных диодах легируется примесями, образующими ловушки и способствующими рекомбинации неосновных носителей. Легирование базы золотом позволяет снизить время восстановления примерно до 10 ' с.

Для импульсных диодов иногда указываются также максимальное импульсное напряжение (прямое) г'.упр и макс имаксимальный импульсный ток 1,р и м,к„а также их отношение, называемое импульсным сопротивлением.

Емкость перехода импульсных диодов должна быть как можно меньше; обычно она равна десятым долям или единицам пинофарад.

Распознанный текст из изображения:

По времени 1, юбпульсные диоды-подразделяют на милли- секундные (1„, ) 0,1мс), микросекундкые (0,1 мс ) 1„,) 0,1 мкс) и наносекундные (1„ю (0,1 мкс).

Диоды с накоплением заряда. В некоторых случаях использования импульсных диодев, например в схемах формирователей прямоугольных иешульсов с крутыми фронтами, важную роль играет отношение 1ае11на, которое должно быть как можно меньше. Такой переходный процесс наблюдается у диодов, база которых легирозана по длине неравномерно. В этих диодах, получив1пих наименование диодов с наколлением заряда (ДНЗ), концентрация примесей в базе монотонно увелвчивается по мере удаления от перехода. Неравномерной оказывается поэтому и концентрация основных'подвижных носителей.-В базе из и-полупроводника электроны днффундируют к переходу и обнажают вдали от перехода положительные ионы примеси. Таким образом, в базе формируется электрическое поле, вектор напряженности которого направлен к переходу. Под воздействием этого поля дырки,июкектированные в базу, дрейфуют обратно к переходу, «прижимаются» к границе запирающего слоя, где образуется объемный заряд дырок повышенной плотности. При переключении напряжения с прямого на обратное эти дырки втягиваются полем перехода за достаточно малое время.'Вследствие этого явления время гее в таких диодах значительно меньше, чем в диодах с однородной базой.

Диоды с барьером Шоттки получили свое название по имени немецкого физика Шоттки, рааработавшего в 30-х годах основы теории контакта металл — полупроводник.

Диод Шоттки выполнен на основе перехода металл — полупроводник. Обычно в качестве полупроводника используется л-кремний, а в качестве металлического электрода — молибден, золото, алюминий и другие металлы, работа выхода которых для образования выпрямляющего контакта должна быть больше работы выхода кремния. Энергетическая диаграмма такого пере — '-. хода обсуждалась в $10-4 (см. рис. 10-8).

Устройство диода Шоттки показано на рис. 11-13. На пластину низкоомного кремния (область и+) наращивается тонкий (несколько микрометров) эпитаксиальный слой более высокоомного кремния с ковцентрацней примесей порядка 10'е см ' (область л). На поверхность этого слоя методом вакуумного испарения осаждается слой металла. Площадь перехода обычно очень мала (20 — 30 мкм в диаметре), и барьерная еикость не превышает 1 пФ.

Особенность физических процессов в диоде Шоттки заключается в отсутствии ивясекции неоснозвых носителей. в базу (кремний). Запирающий слой, как это было показане,на рис. 10-8, образуется в результате обеднения приконтактного слоя волу- проводника основвымн носителями зарядов (в данном случае электронами). Поэтому при' подключении прямого напряжеввя 270

(плюс — иа металле) прямой ток возникает и результате движения основных носителей зарядов (электронов) из полупровоДника в металл через пониженный (ерп — 'С) потенциальный барьер перехода. Таким. образом, в базе диода (и — Я) не происходит накапливания и рассасывания неосноввых носителей. Основным фактором, влияющим на длительность переходных процессов, является процесс переааряда барьерной емкости. Значение Сб,р, как уже было сказано выше, весьма мало (не более 1 пФ); очень малы также и омические сопротивления электродов: металла и и+-креаения. Вследствие этого время перезаряда емкости Сб,р, а следовательно, и длительность переходных процессов также очень малы и составляют десятые доли наносекунды. Эти свойства позволяют

Ркс. Н-13. Устройство диода Шоаткм. а — нмекоомный и — 31; е — епаеааксиаленый слой более нысокоомиого и — еэ б — напирающий слой; а — мееаллн-

Еесннй контакт. использовать диоды Шоттки в наносекундных переключательных схемах, а также на рабочих частотах вплоть до 10-15 ГГц.

Вольт-амперная характеристика диодов Шоттки почти идеально описывается экспоненциальной зависимостью (10-52) для идеализированного диода. ' Это обстоятельство позволяет с успехом использовать диоды Б)отткн в качестве логарифмирующих элементов.

Мощные диоды Шоттки, предназначенные для работы в выпрямителях переменногб тока, могут обеспечить прохождение прямого тока до нескольких десятков ампер прн прямом падении напряжения на диоде 0,5 — 1 В. Допустимое обратное напряжение в таких диодах достигает 200 — 500 В.

Обратный ток в диоде Шоттки невелик; в переключательвых диодах ток еобр составляет десятки пикоампер. Обратный ток зависит от равновесной концентрации я, электронов вблизи перехода, а также от среднего значения их тепловой скоростигср и площади перехода й.

11З. ОМЕОИТЕЛЬНЫЕ И ДЕТЕКТОРНЫЕ ДИОДЫ

Смеснтеэьные диоды — это диоды, предназяаченные для преобрааования высокочастотных сигналов в супергетеродинвых приемниках в сигналы промежуточной частоты и, следовательно, выполняющие те же функции, что и смесительные лампы.

Конструкция этих диодов (рис. 11-14) с точечным контактом рассчитана на их включение в коаксиальный или волноводный тракт. Вследствие малой междуэлектродной емкости (меньше 1 пФ) эти диоды с успехом используются на частотах вплоть до десятков гигагерц.

271

Распознанный текст из изображения:

~яре=1012 Р' (11-33) где Р,, — мощность сигнала высокой частоты на входе. смесителя; Р,р,м — мощность сигнала ыа промежуточной частоте.

Эффективность преобразования частоты в диодном смесителе зависит от нелиыейыости вольт-амперной характеристики диода.

,У 2 1.ф

а)

г

Рис. И-15. Зависимость потерь преобрааоваыия и темпсратуры шумов смсситсльвого диода от

тока.

Рис. 11-14. Высокочастотные

диоды.

и — гсрмаиисвый; б — кремниевый;

у — металлическая игла; Л вЂ” кристалл

лолупроводника; а — нсрамичаский

корлус; а — мсгалличсскис флавды—

выводы.

Поэтому потери преобразования меняются в зависимости от используемого участка вольт-амперыой характеристики и, следовательно, от тока, текущего через диод. Для различных типов диодов значение Ь рб лежит в пределах 5 — 10 дБ.

Вторым важным параметром смесительных диодов является температура шумов Г, определяемая как отношение мощности шумов, возникающих в диоде, к мощности тепловых шумов в эквивалентном сопротивлении при комнатной температуре:

Рнг

лто1

(11-34)

Температура шумов фиксируется при уровне мощности, подводимой от гетеродиыа, равной 1 мВт. Обычно 1 ж 2 —; 3.

Зависимость Д„рб и 1 от тока чеРез диод показана на Рис. 11-15. Поскольку на чувствительность приемного устройства влияют

272

!

Параметры. Важное практическое значение имеют параметры

диода, оцейивающие его как смесительное устройство приемника. Один из них — это потери преобразования

(11-35)

В качестве параметра используется также величина чувствительности по напряжению

ро = —.

аогвыл

Р

(11-36)

Здесь ЬУ,ыл — приращение напряжения на выходе диода, вызванное мощностью Р высокочастотного сигнала, поданного на детекторный диод. '

Детекторные диоды имеют обычно вольт-амперную характеристику, прямая ветвь которой хорошо описывается квадратичной зависимостью тока от напряжения. Напряжение пробоя у диодов

273

не только шумы, но и параметр Ьлрб, рабочее значение выпрямленного тока диода выбирается таким, чтобы получить по воэможности меньшие потери преобразования и вместе с тем снизить уровень пуумов. Оптимальный выпрямленный ток для кремниевых диодов, например, равен 0,4 мА при мощности, подводимой от гетеродина и равыой 0,5 или 1 мВт в зависимости от типа диода.

Для смесительыых диодов важное значение имеет величина максим льна допустимой падающей на диод импульсной мощности Рв нд макс, значение которой и определяет ту максимально допустимую мощность, проникавШую ыа вход смесителя при которой смесительыый диод ые выходит из строя. Для кремниевых диодов Рн „дг„„„, лежит в пределах 30 — 80 мВт, а для гермаыиевых равна примерно 150 мВт.

Существенное значение имеет также входное сопротивление дв диода, так как неправильное согласование входа смесителя с вхоДным тРактом можЕт пРивести а7с значительномУ отРажению мощности принятого сигнала. Входное сопротивление диода определяется ые только физическими параметрами Р-и перехода (диффереыциальыое сопротивление г „ф, емкость Слср перехода и сопротивлеыие базы гб), ыо и распределенными реактивностями прибора: емкостью патрона и иыдуктивностью контактной иглы. При конструировании диода сопротивление Я„ стараются для облегчения аадачи согласования сделать чисто активным и равным стандартному значению волнового сопротивления фидера (50 или 75 Ом).

Детекторные диоды предназначены для детектирования радиосигналов 1выделенкя огибающей) в радиоприемыых и различных измерительных устройствах.

Параметры. В.качестве параметров детекторных диодов используют значения чувствительности по току и по напряжению.

Чувствительность по тоху характеризуется отношением приращения выпрямленного тока к мощности подводимого к диоду высокочастотного сигнала:

Распознанный текст из изображения:

этого типа весьма низкое, что объясняется высокой степенью легирования бааы диода с целью уменьшения ге.

Прн детектировании сигналов больших амплитуд детекторные диоды должны обладать более высоквм вначением напряжения пробоя, что несколько противоречит требованию уменьшения ге. В этих случаях используются преимущественно диоды с барьером Шоттки (см. $ 11-7).

11-9. СТАБИЛИТРОНЫ

Стабилитроны преднааначены для стабилизации питающих напряжений, фиксации уровня и т. д. Стабилнтроны иаготавливаются на основе и-кремния. Выбор материала для стабилитрона обусловлен отличительными особенностями кремниевых диодов: малым обратным током, резким переходом в область лавинного или туннельного про- ' .. боя при незначительных изменениях обратного напряженая, а также высокнм знаг чением допустимой температуры перехода.

Вольт-амперная характеристика стабилитрона (рис. И-16, а) соответствует области пробоя на обратной ветви вольт- ;ф. амперной характеристики перехода. Как: ".щ~': было покавано в 9 10-5, напряжение в случае лавинного или туннельного пробоя ф: зависит от удельного сопротивления т= га'с

полупроводников, образующих переход.'. т=ема~а

е Используя пластины и — 31 с различиой"; —; гы» мл концентрацией примесей, можно нагото- ..

вить стабилитроны с различныыи вначе ' . а,) виями Укр«а, соответствующими переходу":. в область лавинообразного роста обратного тока, а следовательно,и с различвы- ми значениями напряжения стабилизации. При использовании высоколегированного

и — 31 при напряжениях пробоя Укр«с ((6В преобладает туннельный пробой; прн У,р,е ж 5 —: 7 В наряду с туннельным Рвс. П-16. Кар»ктерн- развивается и лавинный пробой, каторый севка с«абклэтррна (е) в пвн Укэ«с) 7 В становится доминирующим. с"е"а ~»о юо»ю"сзкк 00 ~Принцип использования стабилит1юна, -.

как и в случае ионного стабилвтрона (см. з 8.4), основав на очень малом из»1енении напряжения ва электродах прибора (в области пробоя)' при значительном " изменении тока. Включение стабилитрона в схему показано на рис. 11-16, б. При увеличении, например, напряжения'питания Е ток 1 в общей цепи и ток в резисторе нагрузки должны возрасти; должно увеличиться и падение напряжения на реаистбре Н .

Однако избыток тока 1 в общей цепи поглощается стабилнтроном (ток 1„растет), а напряжение на его за»димах, а следовательно, и на резисторе Лк остается карманным. /

Параметр»а стабмлдтронов.~ Один из основных параметров—

это напряжение спи»билиеаций17«» — значение напряженйн на стабилитроне при протекании заданного тока стабилизации.')По напряжению У„различают .ввзковольтные и высоковольтныГстабилитроны: промышленностью выпускаются стабилитроны с напряжением стабилизации от 3 до 400 В.

Важными параметрами стабилитронов являются максимальный — п-минимальный допустимые токи-стабилизации 1««макс и 1«к ккк.

1 Эти величины ограничивают область вольт-амперной характери, стики стабил рона,'3которая может быть использована для стаилизации напряжевькя при условии обеспечения заданной надежности работы прибора.

В качестве параметров'стабилитрона используются также дифференциальное сопротивление

АП««

с«с» °

йее АГ

(11-39)

где ЬУ«» — отклонение напряжения У«» от номинального значения при изменении температуры в интервале й7'.

П-10. ВАРИКАНЫ

Варикапами называют полупроводниковые диоды, в которых используется зависимость емкости перехода от величины обратного, напряжения. Варикапы предназначены для применения в качестве элементов с электрически управляемой емкостью. Варикапы, используемые в схемах умножения частоты сигнала, называют варакторами, а в схемах параметрических усилителей сигналов сверхвысоких частот —. параметрическими полупроводниковыми диодами. Особенности варикапов двух последних типов изучаются в курсе «Электронные приборы СВЧ' и квантовые нриборы» и в этой книге не рассматриваются.

279 '

(11-37) и статическое сопротивление стабилитрона

(11-38)

В этих выражениях Д„в 1», — напряжение и ток в задаву~й . рабочей точке, а 1»У„и ЛՄ— малые приращения этих ывейЮин.

Как видно нз рис. 11-16, напряжение стабилкэации няется с темперйтурой. 'Для оценки температурного влияния на напря- .- жепйе У«» нспвпьзуется температурный коэффициент напряжения спи»билиеации