Высокочастотные диоды

Эти диоды предназначены для преобразования высокочастотных (ВЧ) сигналов на частотах до десятков и сотен мегагерц и включают:

· детекторные диоды, предназначенные для выделения низкочастотного (НЧ) сигнала из модулированных колебаний;

· смесительные диоды, предназначенные для изменения частоты несущей модулированных колебаний;

· модуляторные диоды, предназначенные для модуляции ВЧ колебаний и др.

Принцип действия ВЧ диодов основан на использовании нелинейности ВАХ диода. Для преобразования ВЧ сигналов требуется малая инерционность – емкость диода и сопротивление базы должны быть малы. Поэтому ВЧ диоды имеют малую площадь p-n-перехода и, соответственно, их предельно допустимые прямые токи невелики (обычно менее 100 мА). Применяются планарно-эпитаксиальные, микросплавные, точечные структуры. Для уменьшения сопротивления базы требуется более высокая степень легирования и вследствие этого, а также неравномерного распределения тока, пробивные напряжения, как правило, не превышают 100 В.

Кроме статических параметров – прямое напряжение U_пр, прямой I_пр и обратный I_обр ток – ВЧ диоды характеризуются динамическими параметрами: предельная частота f_пр емкость диода C_Д при обратном напряжении и время восстановления обратного сопротивления t_вос.

ВЧ диоды работают на частотах до сотен МГц, точечные диоды могут работать на частотах до десятков ГГц.

Импульсные диоды.

Импульсные диоды предназначены для работы в ключевом режиме в устройствах формирования и преобразования импульсных сигналов, ключевых и цифровых схемах. В этом режиме диод переключается из состояния с высокой проводимостью (ключ замкнут) в состояние с высоким сопротивлением (ключ разомкнут) и обратно.

В двух устойчивых состояниях импульсные диоды характеризуются такими же статическимипараметрами, как и ВЧ диоды – прямое напряжение U_пр, прямой I_пр и обратный I_обр ток. Специфическими параметрами являются прямое импульсное напряжение U_пр.и и максимальный импульсный обратный ток I_{обр.и.макс}.

Быстродействие диода как ключа определяют два параметра – время установления прямого напряжения t_уст и время восстановления обратного сопротивления t_вос. Для характеристики динамических свойствприводятся также емкость диода C_Д при обратном напряжении и заряд переключения Q_пк из открытого в запертое состояние.

Импульсные диоды работают при высоком уровне инжекции Δp_n>>n_n0, поэтому сопротивление базы не остается постоянным и уменьшается из-за увеличения концентрации носителей.

Рассмотрим переходные процессы в схеме, приведенной на рис.3.4а, при подаче отпирающего и запирающего напряжений, считая E₁, E₂>>U^*.

При прямом включении ток ограничивается сопротивлением R, на диоде появляется скачок напряжения ΔU₁, обусловленный падением напряжения на сопротивлении базы:

I₁=E₁/R, ΔU₁=I₁·r_б

Падение напряжения на переходе в начальный момент равно нулю из-за шунтирования сопротивления r_п емкостью С_Д. По мере заряжения емкости напряжения на переходе возрастает и достигает максимального значения U_пр.и, одновременно база насыщается избыточными носителями и падение напряжения на сопротивлении базы уменьшается, напряжение на диоде падает. Время установления определяется по уровню 1,1 от установившегося значения.

При переключении на обратное напряжение –E₂ возникает обратный ток I₂:

I₂=(E₂+U*)/R,

где U* – напряжение открытого р-п-перехода. На диоде появляется скачок напряжения ΔU₂, обусловленный изменением падения напряжения на установившемся сопротивлении базы r’_б:

ΔU₂=(I₁+I₂)r’_б

При этом на диоде сохраняется прямое напряжение, происходит рассасывание заряда: неосновные носители экстрагируются током через
р-п-переход и частично исчезают за счет рекомбинации. Время, за которое концентрация неравновесных носителейзаряда на границе р-п-перехода обращается в ноль, t_р, называется временем рассасывания. После этого начинается процесс восстановления обратного сопротивления. Время восстановления обратного сопротивления диода (t_вос): определяется как время, в течение которого обратный ток диода после переключения полярности приложенного напряжения с прямогона обратное достигает заданного уровня. Обычно принимается уровень 0,1 или 0,01 от значения прямого тока.

Диоды Шоттки.

Диод Шоттки представляет собой кристалл полупроводника с двумя металлическими контактами, один из которых является выпрямляющим (контакт Шоттки), другой – омическим. Он создаётся путём напыления металлов на полупроводник, например, кремний n-типа. Свойства этих контактов рассмотрены в разделе 2.2. Главная особенность этого диода – это отсутствие инжекции неосновных носителей заряда в процессе его работы. Следовательно, отсутствуют процессы их накопления и рассасывания, поэтому диоды Шоттки имеют лучшие частотные свойства и высокое быстродействие переключения в импульсных схемах.

Диоды Шоттки применяются в качестве ВЧ диодов и импульсных диодов, обеспечивая время восстановления t_вос до десятых – сотых долей наносекунд.

Они применяются также как мощные выпрямительные диоды, позволяя получить более высокий КПД по сравнению с обычными кремниевыми диодами за счет меньшего прямого напряжения, составляющего около 0,3-0,4 В.

Поиск по сайту: