ВИСОКОЧАСТОТНІ І ІМПУЛЬСНІ ДІОДИ. ДІОЛ ШОТТКІ
Високочастотні діоди – призначені для випрямлення струмів ВЧ, модуляції, детектування та інших нелінійних перетворень електричних сигналів частотою до 1000 МГц.
Структура p-n – переходу – точкова.
Способи створення – формовка.
Основні матеріали – кремній і германій.
Принцип дії - однобічна провідність p-n – переходу.
Основна характеристика – ВАХ (рис.22,а).
ВАХ ВЧ діодів відрізняється від НЧ тільки зворотною гілкою:
- зворотний струм менше, бо мала площа р-п переходу;
- ділянка насичення мала і невиразна;
- зворотний струм майже пропорційний зворотної напрузі;
- вплив температури значно менший ніж у НЧ на зворотний струм.
Подвоєння зворотного струму відбувається при прирості температури на 15-20°С. У площинних р - n - переходах зворотний струм зростає приблизно в 2-2,5 рази при підвищенні температури на кожні 10 °С (рис.22,б)
Рисунок 22 – ВАХ ВЧ діодів
Умовне графічне зображення, схема включення – такі самі, як і для НЧ.
Основні параметри: такі самі, як і у НЧ + додаткові:
- загальна ємність діоду Сд - ємність, між виводами при заданих напрузі зміщення та частоті;
- диференційний опір rдиф — відношення приросту напруги на діоді до малого приросту струму, що викликав його rдиф = ∆U/∆I;
- діапазон частот ∆f — різниця крайніх значень частот, на яких середній випрямлений струм не менший певної частки його значення на НЧ.
|
|
|
Імпульсні діоди призначені для роботи в швидкодійних імпульсних схемах з часом перемикання 1 мкс і менш.
Структура р-п переходу – точкова або меза-структура.
Основні матеріали: кремній і германій.
За способом виготовлення р-п переходу імпульсні діоди діляються на точкові, сплавні, зварні і дифузійні (меза і планарні).
Конструкція точкових імпульсний діодів практично не відрізняється від конструкції звичайних високочастотних діодів.
Простіша схема включення імпульсного діода приведена на рис. 23,а.
Основна характеристика імпульсних діодів - перехідна характеристика. Вона відображає процес відновлення зворотного струму і зворотного опору діода при дії на нього імпульсної напруги зворотної полярності (рис. 23, в).
Рисунок 23 – Схема вмикання (а) та перехідні характеристики імпульсного діода (б,в)
Основні параметри:
- час відновлення зворотного опору τв - інтервал часу від моменту проходження струму через нуль після переключення діода із заданого прямого струму в стан заданої зворотної напруги до моменту досягнення зворотним струмом заданого низького значення;
- заряд переключення Qпк - частина накопиченого заряду, що витікає у зовнішне коло при зміні напряму струму з прямої на зворотну;
|
|
|
- загальна ємність СД - ємність, зміряна між виводами діоду при заданих напрузі зміщення і частоті;
- імпульсна пряма напруга Uпр.і – пікове значення прямої напруги на діоді при заданому імпульсі прямого струму;
- Імпульсний прямий струм Іпр.і. - пікове значення імпульсу прямого струму при заданій тривалості, скважності і формі.
Імпульсні діоди широко застосовуються в імпульсних схемах різного призначення, наприклад в логічних схемах електронних цифрових обчислювальних машин.
Діод Шоттки - це НП діод, випрямні властивості якого ґрунтуються на використанні випрямного електричного переходу між металом та збідненим шаром напівпровідника.
Контакт (p-n- перехід) являє собою тонку плівку металу (золота Au, нікелю Ni, алюмінію Al, платини Pt, вольфраму Wo, молібдену Mo, ванадію Va і ін.). Прилади, що використовують контакт метал — напівпровідник, працюють на основних носіях заряду, що зменшує їх інерційність, підвищує швидкодію. Час перемикання діодів Шоттки із закритого стану у відкритий і навпаки визначається малою величиною бар'єрної ємності, яка звичайно не перевищує 0,01 пФ.
Основна перевага діодів Шоттки в порівнянні з діодами на р-п переходах — можливість отримання менших значень прямого опору контакту, оскільки металевий шар по цих властивостях перевершує будь-який, навіть сильно легований шар напівпровідника.
|
|
|
Малий прямий опір і невелика ємність бар'єру Шоттки дозволяє діодам працювати на надвисоких частотах. Типовий діапазон робочих частот складає 5—250 ГГц, а час перемикання — менше 0,1 нс. Зворотні струми діодов Шоттки малі і складають декілька мікроампер. Зворотні напруги лежать в інтервалі 10...1000 В.
Умовне позначення на схемі на рис.24.
Рисунок 24 – Умовне позначення на схемі діода Шотткі
ВАРИКАПИ
Варикап – це НП діод, принцип дії якого базується на залежності бар′єрної ємності закритого р-п переходу від величини зворотної напруги, тобто це конденсатори змінної ємності, які керуються не механічно, а електрично, тобто зміною зворотної напруги.
Відміність від звичайного конденсатора: у звичайному конденсаторі відстань між його пластинами, а отже, і його ємність не залежать від напруги, прикладеної до конденсатора.
Основний матеріал – кремній і арсенід галію.
Структура р-п переходу – площинна.
На рс.25,а наведена схема вмикання варикапа. На варикап подають зворотну напругу.
|
|
|
а) б)
Рисунок 25 – Схема вмикання (а) та вольт-фарадна характеристика варикапа
Зміна зворотної напруги, прикладеної до р-п переходу, приводить до зміни бар'єрної ємності між р- і n-областями. Величина бар'єрної ємності діода Сб може бути визначена з формули
Сб = εS/4πd,
де ε — відносна діелектрична проникність напівпровідника;
S — площа р-п переходу;
d — ширина р-п – переходу.
Ширина р-n - переходу залежить від величини прикладеної до нього напруги, отже, бар'єрна ємність залежить від напруги: при зростанні зворотної напруги ширина р-п переходу збільшується, а його бар'єрна ємність зменшується.
Основна характеристика варикапа - залежність його ємності від величини зворотної напруги Сб = f (Uзв) (вольт - фарадна характеристика) (рис.25,б).
Залежно від призначення величина номінальної ємності варикапів може бути в межах від декількох пікофарад до сотень пікофарад. Залежність ємності варикапа від прикладеної напруги визначається технологією виготовлення р-п переходу.
Основні –
- номінальна ємність Сном — ємність між виводами варикапа при номінальній напрузі зміщення (звичайно Uзм = 4 В);
- максимальна ємність Сmax— ємність варикапа при заданій мінімальній напрузі зміщення;
- мінімальна ємність Сmin—ємність варикапа при заданій максимальній напрузі зміщення;
- коефіцієнт перекриття Кс — відношення максимальної ємності діода до мінімальної;
- добротність Q — відношення реактивного опору варикапу на заданій частоті до повного опору втрат при заданому значені ємності;
- максимально допустима напруга Umax – максимальне миттєве значення змінної напруги, яка забезпечує задану надійність при тривалій роботі;
- максимально допустима потужність Рmax – максимальне значення потужності, яка розсіюється на варикапі і при якій забезпечується задана надійність при тривалій роботі (не відбуівється пробій);
- температурний коефіцієнт ємності ТКС - відношення відносного змінення ємності при заданій напрузі до абсолютного змінення температури оточуючого середовища
ТКС = ∆С/С∆Т (1/град.);
В якості варикапів використовують кремнієві стабілітрони з напругою нижче ніж напруга стабілізації Uст , коли зворотний струм ще малий, а, отже, зворотний опір дуже великий.
Застосування:для електричної переналадки частоти коливальних контурів , у схемах підсилення та генерації НВЧ сигналів (параметричні діоди), для помноження частоти у широкому діапазоні частот (варактори) у діапазоні коротких (КВ), ультракоротких (УКВ) та дециметрових (ДЦВ), в схемах автоматики та інші.
ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ:
1 Для чого призначені випрямні діоди?
2 Як включаються випрямні діоди для отримання більш високої зворотної напруги?
3 Як включаються випрямні діоди для збільшення допустимого прямого струму?
4 Які види пробою характерні для НП діодів?
5 Які основні параметри випрямних діодів?
6 Чи можуть стабілітрони працювати в режимі теплового пробою?
7 За якими параметрами вибирається стабілітрон?
8 Які вимоги пред'являються до високочастотних діодів?
9 Визначите, в скільки разів зміниться опір постійному струму напівпровідникового діода типу Д305 (рис.) зі зміною прямої напруги від 0,1 В до 0,3 В при незмінній температурі навколишнього середовища Т = 200С?
, 
ВИКЛАДАЧ– Ковальова Т.І.
ЛЕКЦІЯ № 6, №7 (4 год.)
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 2131; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!