Напівпровідникові прилади на основі p-n переходу, страница 13

Діоди, які призначені для роботи в високочастотних перетворювачах, часто називають імпульсними силовими діодами. Так як такі перетворювачі працюють на частотах від 10 до 100 кГц, то основні вимоги, які до них пред’являються, – це швидка реакція на прикладену імпульсну напругу. Основні параметри таких діодів пов’язані з характеристикою часу установлення відкритого стану і часу відновлення закритого стану відповідно після подачі прямої та зворотньої імпульсної напруги. Головний вплив на ці параметри мають процеси накопичення і розсіювання зарядів в p-n переході. Приклад таких діодів приводиться в таблиці 3.4.

Таблиця 3.4

Імпульсні діоди - напівпровідникові структури на основі р-n переходу, які мають малу тривалість перехідних процесів і призначені для роботи в імпульсних електронних колах. Завдяки зменшенню площі р-n переходу в імпульсних діодах досягнута мала його ємність і ряд інших динамічних параметрів, але при цьому зменшується також і допустима потужність, яка може бути розсіяна приладом.

Основні параметри імпульсних діодів

1)  Ємність переходу діода – визначається величинами від долей до декількох одиниць пікофарад.

2)  Час відновлення зворотньої напруги t_від – інтервал часу від моменту, коли прямий струм зменшиться до нуля при подачі імпульсу зворотньої напруги, до моменту, коли зворотній струм через діод досягне свого паспортного значення. Для швидкодіючих діодів t_від = 0.1 ¸ 1.0 мкс. Цей параметр часто називають часом відновлення зворотнього опору.

3)  Максимально допустимий імпульсний струм I_{а мах} .

4)  Максимальна величина прямої імпульсної напруги U_{а мах} .

5)  Час встановлення прямої напруги t_вст .

Наявність часу  відновлення t_від обумовлена наявністю заряду, який накопичується в базі під час інжекції (протіканні прямого струму). Для запирання діода необхідно, щоб накопичений заряд був знижений до нуля. Але, як було встановлено вище, накопичені заряди миттєво не можуть зникнути: вони зменшуються за рахунок рекомбінації і за рахунок зворотнього переходу неосновних носіїв з бази в емітер. Це приводить до значного зростання зворотнього струму, величина якого визначається концентрацією неосновних носіїв.

Рис. 3.16 ілюструє часові залежності зміни струму через діод при прикладанні зворотньої напруги.  При прикладанні зворотньої напруги в момент часу t₀ напрямок струму через діод миттєво змінюється на протилежний, величина якого може досягнути досить значних величин. За рахунок рекомбінації і зворотнього переходу (екстракції) збиткова концентрація неосновних носіїв в базі зменшується. Розподілення  зарядів для цього випадку приводиться на рис. 3.17.

Поки зберігається незмінність градієнту концентрації збиткового заряду в базі на межі р-n переходу (моменти часу t₁, t₂), до того часу значення зворотнього струму залишається незмінним. Коли ж величина збиткового заряду зменшується до нуля, починає зменшуватись градієнт концентрації і, відповідно, зворотній струм зменшується до свого стаціонарного значення І_ЗВ.  

Окрім часу встановлення і часу відновлення, специфічними параметрами імпульсних діодів являються максимальний імпульсний опір r_імп, який визначається відношенням максимальної амплітуди імпульсу прямої напруги на діоді до струму через нього, і  максимальний струм відновлення - найбільший зворотній струм через діод після перемикання напруги на ньому з прямого напрямку на зворотній.