Диоды: выпрямительные, импульсные, СВЧ, стабилитроны, варикапы, туннельные, обращенные.

Диод – двухэлектродный полупроводниковый прибор (ППП) с одним p–n-переходом, обладающий односторонней проводимостью тока.

Выпрямительные диоды. Вблизи границы двух полупроводников образуется слой, лишенный подвижных носителей заряда (из-за рекомбинации) и обладающий высоким электрическим сопротивлением, – так называемый запирающий слой. Этот слой определяет контактную разность потенциалов (потенциальный барьер). Если к p–n-переходу приложить внешнее напряжение, создающее электрическое поле в направлении, противоположном полю электрического слоя, то толщина этого слоя уменьшится и при напряжении 0,4…0,6 В запирающий слой исчезнет, а ток существенно возрастет (этот ток называют прямым). При подключении внешнего напряжения другой полярности запирающий слой увеличится и сопротивление p–n-перехода возрастет, а ток, обусловленный движением неосновных носителей заряда, будет незначительным даже при сравнительно больших напряжениях.

Прямой ток диода создается основными, а обратный – неосновными носителями заряда. Положительный (прямой) ток диод пропускает в направлении от анода к катоду.

Импульсные диоды применяются в маломощных схемах с импульсным характером подводимого напряжения. Отличительное требование к ним – малое время перехода из закрытого состояния в открытое и обратно (типичное время 0,1…100 мкс).

– время восстановления T_восст – это интервал времени между моментом переключения напряжения на диоде с прямого на обратное и моментом, когда обратный ток уменьшится до заданного значения

– время установления T_уст – это интервал времени между началом протекания через диод прямого тока заданной величины и моментом, когда напряжение на диоде достигнет 1,2 установившегося значения

– максимальный ток восстановления I_{обр.имп.макс}., равный наибольшему значению обратного тока через диод после переключения напряжения с прямого на обратное.

Туннельные диодыприменяют в качестве переключателей, усилителей или генераторов колебаний, поскольку ВАХ этих диодов (рис. 1.3) имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. При этом частота переключений может достигать 40 ГГц. Для получения туннельных диодов используют полупроводниковые материалы с очень большим содержанием примесей и добиваются очень малой ширины p–n-перехода (на два порядка меньше, чем у обычных плоскостных выпрямительных диодов).

Обращенные диодыполучают при концентрации примесей в p- и n-областях меньшей, чем у туннельных диодов,
но большей, чем у обычных выпрямительных диодов. Такой диод оказывает малое сопротивление проходящему току при обратном включении (рис.1.4) и сравнительно большое сопротивление при прямом включении. Поэтому их применяют при выпрямлении малых сигналов с амплитудой напряжения в несколько десятых вольта.

Высокочастотные диоды - это приборы универсального назначения, которые могут быть использованы для выпрямления, детектирования и других нелинейных преобразований электрических сигналов в диапазоне до 600 МГц. Они изготовляются, как правило, из германия или кремния и имеют точечную структуру. Точечная структура высокочастотных диодов обеспечивает небольшую величину емкости p-n перехода (не более 1 пФ), что позволяет эффективно использовать их на высоких частотах. Однако малая площадь контакта между частями полупроводника с проводимостью n и р не позволяет рассеивать в области р-n перехода значительные мощности, поэтому высокочастотные диоды не используются в схемах, рассчитанных на большие напряжения и токи, и применяются, главным образом, в измерительной аппаратуре и низковольтных слаботочных выпрямителях.

Стабилитроны –полупроводниковые диоды, напряжение на которых в области электрического пробоя слабо зависит от тока. Их используют для стабилизации напряжения.Рабочим участком на ВАХ стабилитрона является зона электрического пробоя (рис. 1.6).

Чаще всего материалом для стабилитронов служит кремний. Основные параметры стабилитрона:

1) напряжение стабилизации U_ст;

2) дифференциальное сопротивление на участке стабилизации R_д= dU_ст/dI_ст;

3) минимальный и максимальный токи стабилизации I_ст.мин и I_{ст.макс}. Минимальный ток стабилизации обусловлен нелинейностью обратной ветви ВАХ, максимальный – допустимой температурой кристалла;

4) температурный коэффициент напряжения на участке стабилизации, показывающий на сколько (в процентах) изменится U_ст при изменении температуры кристалла на 1°С (прил.2): TKU=dU_ст/UdT∙100 %

Варикапы. Это полупроводниковые диоды, используемые в качестве емкостного элемента, управляемого электрическим напряжением. Емкость диода зависит от величины обратного напряжения (рис.1.7). Основными параметрами варикапа являются общая емкость С, фиксируемая обычно при небольшом обратном напряжении 2…5 В, и коэффициент перекрытия по емкости

К_с = С_макс /С_мин при двух заданных значениях обратных напряжений. В большинстве случаев С=10…500 пФ и К_с=5…20. Варикапы применяют в системах дистанционного управления и автоматической подстройки частоты.