Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 16
Текст из файла (страница 16)
В соответствии с используемой технологией импульсные диоды бывают точечные, сплавные, микросплавные, диффузионные, мезадиффузионные и эпитаксиальнопланарные.Основным импульсным параметром является время восстановления обратного сопротивления-tвос• определяемое как временной интервал от момента подачи обратного напряжения домомента, когда обратный ток диода уменьшается до заданногозначения. Для сверхбыстродействующих диодов tвоса для быстродействующихПомимоtуст -tвос'другим-О, 1:; ;:;tвос:;;;:;импульсным< 0,1мкс,10 мкс.параметромявляетсявремя установления прямоr:о сопротивления диода, котороеопределяет интервал времени от начала импульса прямого токадо момента уменьшения напряжения на диоде до1, 2 установившегося значения.К специфическим импульсным параметрам относятся такжеследующие: rимп-максимальное импульсное сопротивление, представляющее отношение максимальной амплитуды импульса прямого напряжения на диоде к току через него; !вое.макс -максимальный ток восстановления, определяемый наибольшим обратнымтоком ~осле переключения напряжения на диоде с прямого на обратное; Сд - емкость диода при заданном обратном напряжении;Qпк -заряд переключения, переносимый обратным током послепереключения диода с прямого на обратное напряжение при соответствующих значениях прямого и обратного напряжений;И пр.
и. макс -максимальное падение напряжения на диоде в прямомнаправлении при заданной силе импульсного прямого тока.Наименьшее врем-я переключения имеют диоды Шоттки, в которых практически отсутствует эффект накопления неосновныхносителей заряда.К импульсным диодам отнасятся также диоды с накоплениемзаряда (ДНЗ).Импульсные ДН3 конструируются таким образом,чтобыони запасали заряд во время протекания прямого тока, а послепереключения пропускали ток в обратном направлении за короткое время. Таким образом, эти диоды отличаются тем, что вних при переключении с прямого напряжения на обратное длительность стадии восстановления обратного сопротивления ма-·Раздел841.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫла по сравнению с длительностью стадии высокой обратной проводимости, в результате чего формируется почти прямоугольный импульс обратного тока.
Для реализации таких процессовтолщина базы должна быть намного меньше диффузионнойдлины, а на границе, п-базы с п+-подложкой формируется тормозящее электрическое поле п-п+-перехода, не пропускающеенеосновные носители (в данном случае дырки) в подложку. Носители накапливаются вблизи р-п-перехода (с другой стороныбазы) и рассасываются за э.ФФе:ктивное время жизни ('t 8 Ф) неосновных носителей в базе, :которое в диодах с накоплением заряда составляет десятки-сотни наносекунд. Диффузионная длинаLP непревышает10 м:кмпри толщине базы порядка1м:км.Диоды с накоплением заряда используются в генераторах наносекундных импульсов, в умножителях и делителях частоты,а также других быстродействующих схемах.3.4.Стабилитрон-Стабилитроныэто полупроводниковый диод, предназначенный для стабилизации напряжения в электронных схемах.
Стабилитроны применяются во вторичных источниках питания, ограничителях, источниках опорного напряжения и т. д. Простейшая схема стабилизации напряжения приведена на рис.3.3,а.В основе работы стабилитронов, за исключением одног.о типа-стабисторов, лежит лавинный или туннельный пробой вр-п-переходе, т. е.
стабилитроны работают при обратном смещении. Лавинный механизм пробоя р~ализуется при относительно малом уровне легирования примесями базы диода. На-IRогр+игJcтtRHVD[ст минАtJHин~С'~сС"в[ст макса)б)Рис.~Jcт'<J3.3Глава3.85Полупроводниковые диодыпр.яжение стабилизации при лавинном пробое, как правило,превышает6В. При большой концентрации примесей возниRает туннельный пробой, напряжение стабилизации при Rоторомменее6,3 В.Как следует из БАХ (рис.3.3,б), напряжение научастке пробоя слабо зависит от протекающего через прибор тоRа.
Это напряжение пра:ктичесRи равно напряжению стабилизацииИст· Минимальный ток стабилизации !ст.мин соответствует началупробоя, т. е. началу вертиRального участка БАХ (точRа А нарис.3.3,б),где дифференциальное сопротивление rдиФ резкоуменьшается и стано:вится малым. Максимальный ток стабилизации Iст. макс (точRа В на рис.3.3,б) регламентируете.я допустимоймощностью рассеивания. Напряжение стабилизации Ист определяете.я при заданном значении тока стабилизации Jст (точка Сна рис.3.3, б)на рабочем участRе АВ стабилитрона.Рассмотрим работу простейшей схемы стабилизации напряжения (см.
рис.3.3,а), Rогда напряжение на резисторе нагрузкиRн равно Ин= И ст· Ток через ограничивающий резистор Rогр равенI = (Е - ист)/Rогр'а TOR нагрузки JHпри этом ток через стабилитрон JCT=истf Rн (точRа с на рис.3.3',= I - !;,_,б). Предположим, что напряжение на входе схемы изменилось на величинуЛИ". В рабочей точRе С дифференциальное сопротивление диода rдиФ много меньше общего сопротивления схемы, поэтомутоR через стабилитрон при увеличении входного напряженияна ЛИ" возрастет на величину ЛJ"=ЛИ"/ Rогр и примет значение, соответствующее точке С". Возрастание тоRа через стабилитрон приведет к увеличению общего токаI,протеRающего через резистор Rогр• таRже на величину ЛJ", что приведет к возрастанию падения напряжения на резисторе Rогр· В результатенапряжение на нагрузRе практически не изменяется.
Подобныепроцессы будут протеRать и при изменении напряжения на-ЛИ'. В этом случае рабочая точка переместится в положениеС', а тоR у м е н ь ш и т с я на величину ЛJ'. Для получения хорошей стабилизации дифференциальное сопротивление стабилитрона должно быть как можно меньше по сравнению с Rогр иRн. Аналогичные процессы будут происходить при изменениизначения сопротивления нагрузки. Это также будет приводитьк изменению общего тока в схеме и, следовательно, к изменению падения напряжения на Rогр' что восстановит первоначальное падение напряжения Ист на Rн.Раздел861.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫПоскольку напряжение пробоязависит от температуры, то температурный0,10коэффициентстабилизации аст0,05прио о---~----~--~--;-15 и, вI ст = constважных-о,05=напряжения(1/Ист)(dИст/dТ)является одним изпараметровстабилитро-на.
Температурный коэффициентнапряжения стабилизации у приРис.боров с лавинным пробоем являет-3.4сяным-отрицательным. На рис.положительным,3.4астуннельприведена кривая, из которой можно оценить разброс значений а.ст для различных типовстабилитронов.Для кремниевых высоковольтных стабилитронов с лавинным пробоем значение коэффициента аст может быть значительно уменьшено принимилипоследовательном их соединении с оддвумя р-п-переходами,смещеннымивпрямомнаправлении. Поскольку прямое напряжение уменьшается приповышении температуры, то за счет этого происходит компенсация увеличения напряжения пробоя основного р-п-перехода.Такие стабилитроны с термокомпенсацией называются прецизионными. Они обычно примеnяются в качестве источников опорного напряжения. Помимо стабилитронов общего назначения ипрецизионных, в радиоэлектронных схемах нашли применениеимпульсные идвуханодные стабилитроны, а также стабисторы.Импульсные стабилитроны используются как для стабилизации напряжения, так и в качестве ограничителей амплитудыимпульсногонапряженияилисмещенияуровняпостоянногонапряжения на величину Ист· Импульсные стабилитроны являются быстродействующими приборами, поскольку их время переключения определяется только перезарядкой барьерной емкости из-за того, что при пробое нет накопления неосновных носителей в базе.
Время нарастания тока лавины или туннельногопрохождения электронов через потенциальный барьер пренебрежимо мало(<10 пс).Двуханодные стабилитроныизготавливаются на основе двухвстречно включенных р-п-переходов. Внешние выводы осу-1ществляются от областей р-типа, которые являются анодами.1При подаче напряжения любой полярности один из стабилитронов смещен в прямом, а другой в обратном направлении. Последний работает в режиме пробоя, а первый, прямосмещен-:'1iГлава3.87Полупроводниковые диодыный, переход осуществляет термокомпенсацию подобно прецизионному стабилитрону. Двуханодные стабилитроны, помимостабилизации напряжения, применяют в схемах двухстороннего ограничения напряжения, в системах защиты цепей от перенапряжения любой полярности.Стабилитрон, в котором для поддержания постоянства напряжения используют прямую ветвь БАХ, называют стабистором.
Эти приборы имеют значительно меньшее напряжение стабилизации( < 1 В)по сравнению с лавинными и туннельнымистабилитронами, поскольку работают при пр:Ямом смещении.Для увеличения напряжения стабилизации используют последовательное включение нескольких отдельных стабисторов илиизготовление такого соединения внутри корпуса одного прибора, чтобы уменьшить rдиФ и сопротивления базы r 6 в стабисторахприменяют высоколегированный кремний. Напряжение стабилизации в этом случае составляет величину порядка О, 7 В, чтосоответствует уЧ:астку относительно больших прямых токов дляодиночного р-п-перехода.
Параметр аст отрицателен и ПО порядку величины лежит в пределах0,1 ... 0,4% /0С. Стабисторыиногда используют вместе с другими типами стабилитронов вкачестве термокомпенсаторов.3.5.Варикапы-Варикапыэто полупроводниковые диоды, использующиепри своей работе зависимость барьерной емкостир-п-переходаот обратного напряжения. Эта зависимость называется вольт-фарадной характеристикой (ВФХ).Варикапы применяются в схемах электронной перестройкичастоты колебательного контура, в усилительных параметрических схемах, в делителях и умножителях частоты, в управляемых фазовращателях и других устройствах.Основными исходными материалами для изготовления варикапов являются кремний и арсенид галлия.
Варикапы создаются на основе эпитаксиально-планарныхструктур,сплавных идиффузионных технологий. Эпитаксиально-планарные варикапы имеют оптимальные параметры.Важнейшей характеристикой варикапа явл~ется ВФХ, т. е.зависимость Свар= f(U),или Сбар= f(U06 P)(см. гл.2,рис.2.8).В качестве важного параметра выступает коэффициент Кс, ха-Раздел881.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫрактеризующий относительное изменение емкости и определяющий крутизнуВФХ:Кс = (dСбар/dИобр)/Сбар•Величина КсРис.емкость, Lкотносительное изменение резонансной час3.5-определяеттотыffioколебательного контура (Скиндуктивность, рис.3.5)-при совместной работес варикапом:На схеме, представленной на рис.3.5,щее напряжение И подается на варикапрезисторR,тельногоконтураС» Сбар и управляюVD,через высокоомныйуменьшающий шунтирование варикапа и колебамалымсопротивлениемисточника питания.При варьировании обратного напряжения происходит изменение емкости варикапа, что приводит к смещению резонанснойчастоты колебательного контура.К основным специфическим электрическим параметрам варикапа относятся: емкость при номинальном, максимальном и минимальном напряжениях, которая измеряется на заданной частоте; коэффициент перекрытия по емкости; добротность; частотный диапазон; температурные коэффициенты емкости ТКСв =добротности ТКQв = dQ 8 /(QвdC 8 /(C 8 dT)иdT).Электрическую модель варикапа можно получить, используя общую модель диода (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
