Jaký je rozdíl mezi pulzní diodou a usměrňovačem. Pulzní dioda

Obrovské množství moderních elektronická zařízení při své práci využívají elektrické impulsy. Mohou to být slaboproudé signály nebo proudové impulsy (které jsou technicky mnohem závažnější) v obvodech napájecích zdrojů a jiných pulzních měničů, měničů atp.

A působení impulsů v měničích je vždy kritické pro trvání vzestupů a poklesů, které mají časové hranice přibližně stejného řádu jako přechodné jevy PROTI elektronické komponenty, zejména - ve stejných diodách. Proto při použití v pulzní obvody diod, je bezpodmínečně nutné počítat s přechodovými procesy v samotných diodách - při jejich zapínání a vypínání (při otevírání a zavírání p-n přechodu).

V zásadě platí, že pro zkrácení doby, za kterou dioda přejde z nevodivého stavu do vodivého stavu a naopak, je vhodné sáhnout po v některých nízkonapěťových obvodech.

Diody této technologie se liší od konvenčních usměrňovacích diod přítomností přechodu kov-polovodič, který má sice výrazný usměrňovací účinek, ale zároveň má relativně malou kapacitu přechodu, náboj, ve kterém se hromadí v takových nekritických množství a je absorbován tak rychle, že obvod se Schottkyho diodami může pracovat na dostatečně vysoké frekvenci, kdy se spínací doba pohybuje v řádu několika nanosekund.

Další výhodou Schottkyho diod je, že úbytek napětí na jejich přechodu je pouze asi 0,3 voltu. Hlavní výhodou Schottkyho diod je tedy to, že nepotřebují čas na akumulaci a rozptýlení nábojů, rychlost zde závisí pouze na rychlosti nabíjení malé bariérové kapacity.

Pokud jde o původní účel těchto komponentů, vůbec nezahrnuje provoz v pulzních režimech. Pulzní režim pro usměrňovací diodu je atypický, abnormální režim, proto vývojáři nekladou zvlášť vysoké požadavky na rychlost usměrňovacích diod.

Usměrňovací diody se používají především pro přeměnu nízkofrekvenčního střídavého proudu na stejnosměrný nebo pulzující proud, kde není vůbec vyžadována malá propustná kapacita p-n přechodu a otáčky, častěji jen vysoká vodivost a tedy vysoká odolnost vůči relativně dlouhému trvalému proud jsou potřeba.

Usměrňovací diody se proto vyznačují nízkým odporem v otevřeném stavu, větší plochou p-n přechodu a schopností propouštět velké proudy. Ale kvůli velké ploše přechodu je kapacita diody vyšší - řádově stovky pikofaradů. To je na pulzní diodu hodně. Pro srovnání, Schottkyho diody mají kapacitu v řádu desítek pikofaradů.

Pulzní diody jsou tedy speciálně vyvinuté diody pro provoz v pulzních režimech ve vysokofrekvenčních obvodech. Jejich základní charakteristický rys z usměrňovacích diod je krátká doba trvání přechodových jevů díky velmi nízké kapacitě p-n přechodu, která může dosahovat jednotek pikofaradů a být ještě méně.

Snížení kapacity pn přechodu u pulzních diod je dosaženo zmenšením plochy přechodu. V důsledku toho by výkon rozptýlený v těle diody neměl být příliš velký, průměrný proud malým plošným přechodem by neměl překročit maximální přípustnou hodnotu uvedenou v dokumentaci diody.

Schottkyho diody se často používají jako vysokorychlostní diody, ale jen zřídka mají vysoké zpětné napětí, proto se pulzní diody rozlišují jako samostatný typ diod.

Pulzní dioda – Jedná se o krátkou přechodovou diodu určenou pro pulzní aplikace. Používají se jako spínací prvky (například v počítačích), pro detekci vysokofrekvenčních signálů a pro další účely.

Na rychlá změna napětí na přechodu diody je způsobeno dvěma hlavními procesy. Prvním je hromadění menšinových nosičů v bázi diody při jejím přímém zapnutí, tzn. náboj difúzní kapacity. A když se napětí změní na opačné (nebo když se sníží), tento náboj se pohltí. Druhým jevem je dobíjení bariérové kapacity, které také neprobíhá okamžitě, ale je charakterizováno časovou konstantou, kde je rozdílový odpor diody (odpor podél střídavý proud), a je kapacita bariéry křižovatky.

První jev hraje hlavní roli při vysokých propustných proudových hustotách diodou, náboj bariérové kapacity hraje v tomto případě vedlejší roli. Při nízkých proudových hustotách jsou přechodové procesy v diodě určovány druhým jevem a akumulace vedlejších nosičů náboje v bázi hraje sekundární roli.

Uvažujme proces přepínání diody ze stavu vysoké vodivosti (dioda otevřená) do stavu nízké vodivosti (dioda zavřená) (obrázek 1.11) Při přivedení propustného napětí vzniká významný propustný proud, který vede k akumulaci vedlejší nosiče náboje v oblasti báze (jedná se o vysoký odpor n- plocha).

Při přepínání diody z propustného na zpětný protéká v počátečním okamžiku diodou velký zpětný proud, omezený především objemovým odporem báze. V průběhu času se menšinové nosiče nahromaděné v bázi rekombinují nebo opouštějí přechodem a zpětný proud klesá na svou stacionární hodnotu. Celý tento proces trvá doba obnovy reverzního odporu- časový interval od okamžiku, kdy proud projde nulou po sepnutí diody, do okamžiku, kdy zpětný proud dosáhne předem stanovené nízké hodnoty. To je jeden z hlavních parametrů pulzních diod a podle své hodnoty se dělí do šesti skupin: >500 ns; =150…500 ns;=30…150 ns, =5…30 ns; =1…5 ns a<1 нс.

Obrázek 1.11 - Proces přepínání diody z otevřené do zavřené

Při průchodu proudového impulsu v propustném směru je v prvním okamžiku po zapnutí pozorován napěťový ráz (obrázek 1.12), který je spojen se zvyšováním napětí, dokud neskončí akumulace menšinových nosičů v bázi diody. Poté se základní odpor snižuje a napětí klesá.

Obrázek 1.12 -. Proces přepínání diody ze zavřené na otevřenou

Tento proces je charakterizován druhým parametrem pulzní diody - doba ustálení stejnosměrného napětí, rovnající se časovému intervalu od začátku proudového impulsu do dosažení zadané hodnoty propustného napětí.

Hodnoty těchto parametrů závisí na struktuře diody a na životnosti minoritních nosičů náboje v bázi diody. Aby se zkrátila životnost menšinových nosičů, zavádí se do báze malé množství zlaté nečistoty. Atomy zlata slouží jako další rekombinační centra, v důsledku jejich zavedení se snižuje životnost nosičů náboje a tím i difúzní kapacita přechodu. Snížení kapacity bariéry se dosahuje technologickými a konstrukčními metodami. Pulzní diody jsou vyrobeny na bázi planární technologie, epitaxního růstu, technologie iontového paprsku. Hlavním polovodičovým materiálem je křemík.

Ve vysoké rychlosti impulsní obvodyŠiroce se používají Schottkyho diody (obrázek 1.13), u kterých je přechod proveden na základě kontaktu kov-polovodič. Symbol je na obr.16.

Obrázek 1.13 - Symbol Schottkyho diody

Tyto diody nepotřebují čas na akumulaci a rozptýlení nábojů v bázi, jejich rychlost závisí pouze na rychlosti procesu dobíjení bariérové kapacity. Voltampérové charakteristiky Schottkyho diody připomínají charakteristiku diod založených na - přechodech. Rozdíl je v tom, že dopředná větev v rozmezí 8 - 10 dekád přiloženého napětí představuje téměř ideální exponenciální křivku a zpětné proudy jsou malé (zlomky desítek nanoampérů).

Konstrukčně jsou Schottkyho diody vyrobeny ve formě nízkoodporové křemíkové desky, na které je nanesen vysokoodporový epitaxní film se stejným typem elektrické vodivosti. Vrstva kovu je nanesena na povrch filmu vakuovým nanášením.

Schottkyho diody se také používají ve vysokoproudých usměrňovačích a v logaritmických zařízeních.

Odeslat svou dobrou práci do znalostní báze je jednoduché. Použijte níže uvedený formulář

Studenti, postgraduální studenti, mladí vědci, kteří využívají znalostní základnu ve svém studiu a práci, vám budou velmi vděční.

Vloženo na http://www.allbest.ru/

Ministerstvo školství a vědy Ukrajiny

Dnepropetrovská národní univerzita pojmenovaná po Oles Gonchar

Fyzikální fakulta, elektronika

a počítačové systémy

Katedra radioelektroniky

Testovací práce na "Solid State Electronics"

Na téma: "Vlastnosti diody"

Splnil

student skupiny KM-11-1

Mironenkov R.D.

kontrolovány

cand. Fyzikální matematika věd, docent, Ústav radioelektroniky.

Makarov V.A.

Dněpropetrovsk 2013

Esej

Klíčová slova: pulzní dioda, vysokofrekvenční dioda, Gunnova dioda, proudově-napěťová charakteristika diody.

Účel práce: prostudovat charakteristiky a principy činnosti pulzních a vysokofrekvenčních diod

Úvod

1. Pulzní dioda. Princip fungování

2. Vysokofrekvenční dioda. Princip fungování

2.1 Gunn dioda

3. Výroba diod

Závěr

Bibliografie

Úvod

Polovodiče se staly skutečnou zlatou žílou technologie, když se z nich naučily vyrábět struktury podobné vrstvenému dortu.

Pěstováním n-polovodičové vrstvy na p-polovodičové destičce získáme dvouvrstvý polovodič. Přechodová vrstva mezi nimi se nazývá pn-junction. Pokud ke každé polovině připájete propojovací vodič, získáte polovodičovou diodu, která působí na proud jako ventil: v jednom směru proud dobře prochází a ve druhém jej téměř neprochází.

Jak vzniká rektifikační bariérová vrstva? Tvorba vrstvy začíná tím, že p-polovina má více děr a n-polovina má více elektronů. Rozdíl v hustotě nosičů náboje se přechodem začíná vyrovnávat: díry pronikají do n-poloviny, elektrony do p-poloviny.

Externí zdroj proudu může zvýšit nebo snížit vnější potenciálovou bariéru. Pokud je na diodu přivedeno stejnosměrné napětí, tedy kladný pól je spojen s polovinou p, pak proti dvojvrstvě začne působit vnější elektrická síla a diodou projde proud, který se s rostoucím napětím rychle zvětšuje. Pokud změníte polaritu vodičů, napětí klesne téměř na nulu. Pokud je dioda zapojena do obvodu střídavého napětí, pak bude sloužit jako usměrňovač, tj. výstup bude mít konstantní pulzující napětí v jednom směru (od plus do mínus). Aby se vyrovnala amplituda, nebo jak se také nazývá "špičková hodnota" zvlnění proudu, je efektivní přidat kondenzátor paralelně s diodou. Usměrňovací zařízení jsou v průmyslu poměrně často vyžadována. Například usměrňovače jsou potřebné pro správný chod domácích spotřebičů (protože téměř všechny elektrospotřebiče odebírají stejnosměrné napětí. Jedná se o televizory, rádia, videorekordéry atd.). Polovodičové diody jsou také potřebné k dekódování video, rádiových, fotografických a dalších signálů na frekvenčně elektrické signály. Pomocí této vlastnosti polovodičů sledujeme televizi nebo posloucháme rádio.

Existují také neobvyklé polovodičové diody - jedná se o světelné diody a fotodiody. Fotodiody procházejí proudem pouze tehdy, když na jejich tělo dopadá světlo. A LED diody, když jimi prochází proud, začnou svítit. Barva svitu LED závisí na tom, ke které odrůdě patří.

Polovodičové diody se dělí do skupin v závislosti na jejich výkonu, pracovním frekvenčním rozsahu, napětí a pracovním frekvenčním rozsahu. Diody i tranzistory mají jednu jedinečnou vlastnost. Při změně teploty se mění jejich vnitřní odpor a tedy i velikost napětí usměrněného proudu nahoru nebo dolů. Světlo a fotodiody se používají jako senzory a indikátory.

1. pulzní dioda. Princip fungování

Jsou to obyčejné diody, s konvenční I-V charakteristikou, ale pracující ve spínacím režimu. Jejich rozsahem jsou číslicové obvody, jejichž prvky jsou buď v otevřeném stavu "0" nebo v sepnutém stavu "1". Proto jsou v této aplikaci zajímavé parametry časování diody: jak rychle přechází ze zavřeného do otevřeného stavu a naopak. Obrázek 1 ukazuje spínací diodu založenou na nesymetrickém kontaktu. Přijímáme podmínku, že zářič má n - vodivost. To dává důvod zvážit chování a proud pouze elektronů. S obrácenou nesymetrií se vše řečené bude vztahovat k dírám.

Obr. 1. Pulzní dioda

Podívejme se na procesy během přepínání. Přivedeme na něj stejnosměrné napětí - ideální krok (obr. 2.a) Zpočátku se začnou pohybovat elektrony s nejvyšší energií, umístěné přímo v blízkosti p-n přechodu, pak se k nim připojí ty, které jsou uvnitř oblasti n . V důsledku rozdílu energií nosičů se tedy postupně zvyšuje jejich počet a postupně se zvyšuje i dopředný proud. Tento proces v čase je znázorněn na obr. 2.b a pro vyhodnocení je zaveden parametr tset - čas nastolení otevřeného stavu. Po dlouhou dobu se proud nemění a v oblasti „p“ přechodu se hromadí velké množství menšinových nosičů, elektronů. V oblasti p krystalu vzniká nerovnovážná koncentrace nosiče.

Aplikujme na přechod stejně ostře se měnící polaritu obráceného napětí. Nerovnovážné elektrony nahromaděné v oblasti "p" začnou být odstraňovány působením elektrického pole do oblasti "n". Jejich koncentrace je vysoká, takže zpětný proud bude po určitou dobu velký. Tato fáze procesu je znázorněna na obrázku 2.b jako ti. nakonec výstupní proces skončí, přechod se stane uzavřeným stavem. Nyní existují dvě polovodivé oblasti p a nb a mezi nimi dielektrická vrstva. Jedná se o kondenzátor, který se začne nabíjet pod vlivem zpětné napětí. Nabíjecí proud bude klesat podle exponenciálního zákona, na obr. 2.b je tato doba t 2 . Obecně platí, že doba obnovy uzavřeného stavu je t 1 + t 2 = t obnovení.

Obr.2. Procesy v pulzní diodě

Obvykle t obnovit >> t obnovit. Pro zlepšení parametrů diody jsou pro výrobu použity materiály s vysokou mobilitou nosiče (Ge), plocha přechodu je zmenšena, p-i-n struktury. Příklad použití pulzní diody je na Obr. Tvar napětí na odporu zátěže opakuje tvar proudu na obr.3.

Obr. 3. Činnost pulzní diody

2. vysokofrekvenční diody. Princip fungování

V mikrovlnné technice (pro provoz v rozsahu centimetrových a milimetrových vln) se používají speciální germaniové a křemíkové mikrovlnné diody (mikrovlnné diody). Podle účelu se mikrovlnné diody dělí na videodetektor, určený k detekci mikrovlnných oscilací, spínací, určený pro použití v zařízeních pro řízení úrovně mikrovlnného výkonu, parametrický, určený pro použití v parametrické zesilovače mikrovlnné oscilace a konvertory. Převodníkové diody, které využívají nelinearitu proudově-napěťové charakteristiky přechodu, se zase dělí na:

směšovací zařízení používaná pro převod mikrovlnného signálu a signálu lokálního oscilátoru na mezifrekvenční signál;

· násobení, slouží k násobení frekvence mikrovlnného signálu;

· modulátor, používaný k modulaci amplitudy mikrovlnného signálu.

Mikrovlnné diody obvykle používají bodový kontakt. Přechod v takových diodách není vytvořen. Usměrňovací kontakt se vytvoří pouhým přitlačením hrotu kovové kontaktní pružiny proti leštěnému povrchu polovodiče. Tyto diody jsou vyrobeny z materiálu s velmi nízkým odporem (životnost nosiče je krátká) a mají velmi malý poloměr bodového kontaktu (2-3 µm), což poskytuje dobré vysokofrekvenční vlastnosti. Průrazné napětí mikrovlnných diod je však velmi nízké (pouze 3-5 V) a propustné napětí je poměrně vysoké.

Jejich zpětný proud je sice malý, ale vlivem tunelovacího efektu přenašečů přes přechod začíná narůstat téměř od nuly (obr. 4).

Rýže. 4. CVC vysokofrekvenční diody

Konstrukce mikrovlnných diod je obvykle uzpůsobena pro spojení s prvky koaxiální nebo vlnovodné cesty, s měřicími hlavami a dalšími částmi mikrovlnného systému. V oblasti dlouhovlnných délek mikrovlnného rozsahu (3-10 cm) jsou hlavními typy pouzdra kovokeramický nebo kov-skleněný typ kartuše. Ve vlnovém rozsahu 1-3 cm se rozměry a kapacita těchto pouzder nepřijatelně zvětšují, a proto je usměrňovací kontakt namontován do pouzdra koaxiálního typu. V rozsahu milimetrových vln se používá provedení vlnovodu.

Kromě vlnové délky, při které mají mikrovlnné diody parametry garantované normami podmínky zadání a maximální přípustné údaje, mikrovlnné diody se také vyznačují elektrickými parametry, které odrážejí hlavní hodnotu. Směšovací mikrovlnné diody se tedy vyznačují konverzními ztrátami (poměr mikrovlnného výkonu na vstupu k mezifrekvenčnímu výkonu na výstupu diody), šumovým poměrem (poměr šumového výkonu na výstupu diody v provozním režimu k tepelnému výkonu). hluková síla aktivní odpor dioda), normalizované šumové číslo, které charakterizuje obecnou citlivost přijímacího zařízení a diferenciální výstupní impedance. V některých případech elektrický parametr určuje nejen vlastnosti samotné mikrovlnné diody, ale také vlastnosti konkrétního mikrovlnného zařízení, ve kterém je tato dioda instalována.

Je třeba mít na paměti, že výkon, při kterém dioda „shoří“, doprovázený nevratným zhoršením charakteristiky proudového napětí nebo průrazem, je velmi malý. Proto je nutné jak při provozu, tak při skladování mikrovlnné diody vyloučit jakékoli nepředvídatelné vlivy a provést nezbytná ochranná opatření (např. výboj statické elektřiny nahromaděné na těle operátora přes diodu je nepřípustný, skladování diody v kovová kazeta atd.).

V zařízeních s milimetrovou vlnou (zejména integrovaných) se lavinové tranzitní diody široce používají pro stavbu výkonných mikrovlnných zesilovačů a Gunnovy diody jsou široce používány pro stavbu mikrovlnných generátorů. Tyto diody využívají fenoménu omezení pohyblivosti elektronů v elektrických polích o síle vyšší než je kritická a v jejich proudově-napěťové charakteristice je úsek se záporným diferenciálním odporem. Lavinové tranzitní diody pracují v režimu lavinového násobení nosičů náboje s obráceným předpětím elektrického přechodu. Gunnovy diody (ve struktuře těchto zařízení není žádný usměrňovací přechod) využívají efektu výskytu elektrických oscilací v galliumarsenidové desce, když je na ni aplikováno konstantní napětí, čímž vzniká elektrické pole o síle více než 105 V /m

Komerčně vyráběné lavinové tranzitní diody a Gunnovy generátory jsou určeny pro mikrovlnný výstupní výkon v kontinuálním režimu několika desítek miliwattů. V pulzním režimu lze tento výkon zvýšit o několik řádů. Pro zvýšení výstupního výkonu jsou potřeba lavinové tranzitní diody a Gunnovy oscilátory s větší plochou přechodu elektron-díra a větší plochou tenkého polovodičového filmu. Zároveň musí být jednotné nejen tloušťkou, ale i plochou.

Pracovní frekvence moderních křemíkových mikrovlnných diod se již blíží teoretické hranici. Pro další zlepšení frekvenčních vlastností je proto nutné použít jiný materiál, stejně jako vyvinout polovodičová zařízení s jiným principem činnosti.

2.1 Gunnova dioda

Gunnova dioda (vynalezená Johnem Gunnem v roce 1963) -- typ polovodičové diody slouží ke generování a převodu oscilací v mikrovlnném rozsahu při frekvencích od 0,1 do 100 GHz. Na rozdíl od jiných typů diod není princip činnosti Gunnovy diody založen na vlastnostech p-n přechodů, tzn. všechny jeho vlastnosti nejsou určeny účinky, které se vyskytují na přechodech dvou různých polovodičů, ale vnitřními vlastnostmi použitého polovodičového materiálu.

V domácí literatuře byly Gunnovy diody nazývány zařízeními s hromadnou nestabilitou nebo s intervalovým přenosem elektronů, protože aktivní vlastnosti diod jsou způsobeny přechodem elektronů z „centrálního“ energetického údolí do „strany“, kde již mohou být vyznačující se nízkou pohyblivostí a velkou efektivní hmotností. V zahraniční literatuře Gunnova dioda odpovídá termínu TED (Transferred Electron Device). gunn vysokofrekvenční pulzní dioda

Na základě Gunnova jevu byly vytvořeny generátorové a zesilovací diody, které se používají jako pumpgenerátory v parametrických zesilovačích, heterodyny v superheterodynních přijímačích, generátory v nízkovýkonových vysílačích a v měřicí technice.

Při vytváření nízkoodporových ohmických kontaktů nezbytných pro provoz Gunnových diod existují dva přístupy:

· První je najít přijatelnou technologii pro ukládání takových kontaktů přímo na vysoce odolný arsenid galia.

· Druhým přístupem je výroba vícevrstvé struktury generátoru. U diod této struktury jsou na vrstvě arsenidu galia s relativně vysokým odporem, která slouží jako pracovní část generátoru, na obou stranách vybudovány epitaxní vrstvy relativně nízkoodporového arsenidu galia s elektrickou vodivostí typu n. Tyto vysoce legované vrstvy slouží jako přechodové vrstvy z pracovní části zařízení ke kovovým elektrodám.

Gunnova dioda se tradičně skládá z vrstvy arsenidu galia s ohmickými kontakty na obou stranách. Aktivní část Gunnovy diody má obvykle délku v řádu l = 1–100 μm a koncentraci dopingových donorových nečistot n = 1014 1016 cm? 3. V tomto materiálu jsou ve vodivém pásmu dvě energetická minima, která odpovídají dvěma stavům elektronů – „těžký“ a „lehký“. V tomto ohledu se se vzrůstající intenzitou elektrického pole průměrná driftová rychlost elektronů zvyšuje, dokud pole nedosáhne určité kritické hodnoty, a poté klesá, což vede k rychlosti nasycení.

Pokud se tedy na diodu přivede napětí, které překračuje součin kritické intenzity pole a tloušťky vrstvy arsenidu galia v diodě, stane se rovnoměrné rozložení napětí po tloušťce vrstvy nestabilní. Pokud se pak vyskytne i v tenká oblast mírné zvýšení intenzity pole, elektrony umístěné blíže anodě se z této oblasti do ní "stahují" a elektrony umístěné na katodě se budou snažit "dohnat" výslednou dvojitou vrstvu nábojů pohybujících se směrem k anodě . Při pohybu bude intenzita pole v této vrstvě plynule narůstat a mimo ni bude klesat, dokud nedosáhne rovnovážné hodnoty. Taková pohyblivá dvojitá vrstva nábojů s vysokou intenzitou elektrického pole uvnitř se nazývá doména silného pole a napětí, při kterém se vyskytuje, se nazývá prahové napětí.

V okamžiku nukleace domény je proud v diodě maximální. Jak se doména tvoří, zmenšuje se a na konci formace dosahuje svého minima. Dosažení anody je doména zničena a proud se opět zvýší. Jakmile ale dosáhne svého maxima, vytvoří se katoda nová doména. Frekvence, se kterou se tento proces opakuje, je nepřímo úměrná tloušťce polovodičové vrstvy a nazývá se tranzitní frekvence.

Na CVC polovodičového zařízení není přítomnost klesajícího úseku dostatečnou podmínkou pro vznik mikrovlnných oscilací v něm, ale nezbytnou podmínkou. Přítomnost oscilací znamená, že v prostoru polovodičového krystalu dochází k nestabilitě vlnových poruch. Ale taková nestabilita závisí na parametrech polovodiče (dopingový profil, rozměry, koncentrace nosiče atd.).

Obr.5. CVC Gunnovy diody

Když je Gunnova dioda umístěna v rezonátoru, jsou možné další generační režimy, ve kterých může být kmitočet oscilací nižší i vyšší než je tranzitní kmitočet. Účinnost takového generátoru je poměrně vysoká, ale maximální výkon nepřesahuje 200--300mW.

Gunnovou diodu lze použít k vytvoření oscilátoru ve frekvenčním rozsahu 10 GHz a vyšším (THz). A k řízení frekvence je přidán rezonátor, který může mít podobu vlnovodu. Frekvence generátorů na bázi Gunnovy diody je dána především rezonanční frekvencí oscilačního systému s přihlédnutím ke kapacitní vodivosti diody a lze ji ladit v širokém rozsahu mechanickými a elektrické metody. Životnost generátorů Gunn je však poměrně krátká, což je způsobeno současným působením takových faktorů na krystal polovodiče, jako je silné elektrické pole a přehřátí krystalu v důsledku výkonu, který se v něm uvolňuje.

Gunnovy diody pracující v různých režimech se používají ve frekvenčním rozsahu 1-100 GHz. V kontinuálním režimu mají skutečné generátory založené na Gunnových diodách účinnost asi 2-4% a mohou poskytnout výstupní výkon z jednotek mW na jednotky W. Ale při přepnutí do pulzního režimu se účinnost zvýší 2-3krát. Ke zvýšení účinnosti slouží speciální rezonanční systémy, které umožňují přidat k výkonu užitečného výstupního signálu některé vyšší harmonické a tento režim se nazývá relaxace.

Je jich několik různé režimy, v jednom z nich může generátor diod Gunn vykonávat práci v závislosti na napájecím napětí, teplotě, vlastnostech zatížení: doménový režim, hybridní režim, režim akumulace omezeného objemu náboje a režim záporné vodivosti.

Nejčastěji používaným módem je doménový mód, který je během významné části oscilační periody charakterizován módem existence dipólové domény. Režim domény může mít tři jiný druh: rozpětí, se zpožděním tvorby domén a se zhášením domén, které se získávají při změně zatěžovacího odporu.

Pro Gunn diody byl také vynalezen a implementován režim omezení a akumulace vesmírného náboje. Jeho existence probíhá při velkých amplitudách napětí při frekvencích několikanásobně větších než je tranzitní frekvence a při konstantní napětí na diodě, které jsou několikanásobně vyšší než prahová hodnota. Existují však požadavky na implementaci tento režim: Jsou potřeba diody s velmi rovnoměrným dopingovým profilem. Rovnoměrné rozložení elektrického pole a koncentrace elektronů po délce vzorku je zajištěno díky vysoké rychlosti změny napětí na diodě.

Spolu s arsenidem galia a fosfidem india InP (až 170 GHz) metodou epitaxního růstu se pro výrobu Gunnových diod používá i nitrid galia (GaN), na kterých se nejvíce vysoká frekvence oscilace v Gunnových diodách - 3 THz. Gunnova dioda má nízká úroveň amplitudový šum a nízké provozní napájecí napětí (od jednotek do desítek V).

Činnost diod probíhá v rezonančních komorách, které jsou ve formě mikroobvodů na dielektrických substrátech s rezonančními kapacitními a indukčními prvky, nebo ve formě kombinace rezonátorů s mikroobvody.

3. Výroba diod

Technologie výroby diody může být založena na libovolné z výše popsaných metod pro získání p-rc přechodů na křemíku a germaniu. Zařízení s nejlepšími zesilovacími vlastnostmi se však získává difúzí pomocí technologie mesa.

Technologie výroby diod Gunn je poměrně jednoduchá. Diody jsou vyráběny buď na bázi monokrystalů nebo na bázi GaAs epitaxních filmů. Rozměry desek pro výrobu diod se volí na základě podmínek jejich provozu a požadovaných parametrů.

Podle parametrů a technologie výroby diod a tyristorů jsou v textu a tabulkách akceptovány tyto zkratky: Si - křemík, Qe - germanium, GaAs - gallium arsepid, CaP - gallium fosfit, Si(CO 3) 2 - karbid křemíku .

Závěr

V této práci jsme uvažovali o principech činnosti pulzních a vysokofrekvenčních diod. Každá z diod má své parametry, charakteristiky a účel v elektrickém obvodu. Dioda je elektronický prvek, který má různou vodivost v závislosti na směru elektrického proudu. Diodová elektroda připojená ke kladnému pólu zdroje proudu, když je dioda otevřená (tj. má malý odpor) se nazývá anoda připojen k zápornému pólu - katodě.

Pulzní diody pracují v režimu elektronický klíč. Doba trvání pulsů může být velmi malá, takže dioda musí velmi rychle přecházet z jednoho stavu do druhého. Hlavním parametrem charakterizujícím rychlost pulzních diod je doba zotavení zpětného odporu. Ke snížení se používají speciální opatření, která urychlují proces resorpce vedlejších nosičů náboje v bázi. Požadavky na spínací diody dobře splňují diody založené na Schottkyho bariéře, které mají velmi nízkou setrvačnost díky absenci vstřikování a hromadění vedlejších nosičů náboje v bázi.

Vysokofrekvenční dioda se používá pro lineární nebo nelineární převod vysokofrekvenčních signálů do 600 MHz. (Mikrovlnné diody - do 12 GHz.) Používá se v obvodech detektorů - jedná se o usměrňovače vysokofrekvenčního signálu.

Bariérová kapacita Sat [µF]

f slave [MHz]

V moderních importovaných diodách se používá taková charakteristika jako "Recovery Time". U ultrarychlých diod dosahuje hodnot 100 ns.

Bibliografie

1. Zh. I. Alferov, Fyzika a technologie polovodičů. 1998. V.32. Č.1. S.3-18.

2. Berg A., Dean P. LED diody / Per. z angličtiny. vyd. A.E. Yunovič. M., 1979.

3. Kogan L. M. Semiconductor light-emitting diodes. M., 1983.

4. Losev O. V. U počátků polovodičové technologie: Vybraná díla. L., 1972.

Hostováno na Allbest.ru

Podobné dokumenty

Koncept polovodičové diody. Voltampérové charakteristiky diod. Výpočet obvodu měřicího zařízení. Parametry použitých diod. Základní parametry, zařízení a konstrukce polovodičových diod. Zařízení slitinové a bodové diody.

semestrální práce, přidáno 05.04.2011

Pojetí diod jako elektrovakuových (polovodičových) zařízení. Zařízení diody, její hlavní vlastnosti. Kritéria pro klasifikaci diod a jejich charakteristiky. Dbejte na správnou polaritu při zapojování diody elektrický obvod. Diodové značení.

prezentace, přidáno 10.5.2015

Napětí a odpor diody. Zkoumání proudově-napěťové charakteristiky pro polovodičovou diodu. Analýza odporu diod. Změřte napětí a vypočítejte proud diodou. Zátěžová charakteristika parametrického stabilizátoru.

praktické práce, přidáno 31.10.2011

Zkoumání proudově-napěťových charakteristik diod, charakterizace při různých hodnotách napětí. Aproximace grafů proudově-napěťových charakteristik diod, funkce prvního a druhého stupně, exponent. Zdroj programy a data.

laboratorní práce, přidáno 24.07.2012

Mechanismus působení polovodičové diody je nelineární elektronické zařízení se dvěma vývody. Činnost zenerovy diody je polovodičová dioda, jejíž charakteristika proud-napětí má ve svém reverzním úseku oblast závislosti proudu na napětí.

prezentace, přidáno 13.12.2011

Určení velikosti zpětného proudu struktury diody. Výpočet proudově-napěťových charakteristik ideálních a reálných přechodů. Závislosti diferenciálního odporu, bariérové a difúzní kapacity, tloušťky ochuzovací vrstvy na napětí diody.

semestrální práce, přidáno 28.02.2016

Výpočet napětí na přechodu s přímým zapojením při daném propustném proudu. Vliv teploty na propustné napětí. Diodový odpor stejnosměrný proud. Voltampérová charakteristika diody. Parametry stabilizátoru napětí na bázi zenerovy diody.

test, přidáno 14.01.2014

Kompilace a zdůvodnění elektrický obvod měření proudově-napěťových charakteristik polovodičová zařízení. Stanovení seznamu potřebných měřicích přístrojů a zařízení, sestavení experimentálního zařízení. Vytváření grafů závislostí.

semestrální práce, přidáno 19.11.2015

Rozdělení diod v závislosti na technologii výroby: planární, bodové, mikroslitiny, mesadifůzní, epitaxně-planární. Typy diod podle jejich funkčního účelu. Základní parametry, spínací obvody a proudově-napěťové charakteristiky.

semestrální práce, přidáno 22.01.2015

Parametry, vlastnosti, charakteristiky polovodičových diod, tyristorů a tranzistorů, usměrňovací diody. Operační zesilovač, impulsní zařízení. Implementace kompletní systém logické funkce pomocí univerzálních logických obvodů.

Pulzní diody mají krátkou dobu trvání přechodových jevů a jsou navrženy pro práci v pulzních obvodech. Od usměrňovacích diod se liší svými malými kapacitami – přechodem (zlomky pikofaradů) a řadou parametrů, které určují přechodové charakteristiky diody. Snížení kapacit je dosaženo zmenšením plochy křižovatky, takže jejich přípustný rozptylový výkon je malý.

Základní parametry pulzních diod

1. Celková kapacita dioda (akcie - několik).

2. Maximální impulsní propustné napětí.

3. Maximální přípustné impulsní proud.

4. Doba pro ustavení propustného napětí diody je tlustá - časový interval od okamžiku, kdy je na diodu přiveden propustný proudový impuls, do dosažení zadané hodnoty propustného napětí na ní - závisí na rychlosti pohybu uvnitř základna minoritních nosičů náboje vstřikovaná přes přechod, v důsledku čehož pokles jeho odporu (frakce ne - podíly).

5. Doba zotavení zpětného odporu diody - časový interval, který uplynul od okamžiku, kdy proud prošel nulou (po změně polarity přiváděného napětí) až do okamžiku, kdy zpětný proud dosáhne předem stanovené malé hodnoty (např. řád µs).

Přítomnost doby zotavení je způsobena nábojem nahromaděným v základně diody během injekce. Pro uzamčení diody je nutné tento náboj „zlikvidovat“. K tomu dochází v důsledku rekombinací a zpětného přechodu menšinových nosičů náboje do emitoru. Ten vede ke zvýšení zpětného proudu. Po změně polarity napětí na nějakou dobu se zpětný proud změní jen málo (obr. 2.13, a, b) a je omezen pouze vnějším odporem obvodu. V tomto případě je absorbován náboj minoritních nosičů nahromaděný během injektování v základně diody (koncentrace ) (přerušované čáry na obr. 2.13, c).

Rýže. 2.13. Změna proudu diodou (a) při připojení zpětného napětí (b) a změna koncentrace minoritních nosičů náboje v bázi pulzní diody (c); symbol dioda se Schottkyho bariérou (g); ekvivalentní obvod diody (e): přechodový odpor; - přenosová kapacita; - ohmický odpor těla základny a emitoru; C - mezielektrodová kapacita přívodů

Po uplynutí času je koncentrace minoritních nosičů náboje na přechodové hranici rovna rovnovážné, ale hluboko v bázi je stále nerovnovážný náboj. Od tohoto okamžiku zpětný proud diody klesá na svou statickou hodnotu. Jeho změna se zastaví v okamžiku úplného rozptýlení náboje nahromaděného v základně.

Ve vysokorychlostních pulzních obvodech se hojně používají Schottkyho diody, u kterých je přechod proveden na bázi kontaktu kov-polovodič. Tyto diody nepotřebují čas na akumulaci a rozptýlení nábojů v bázi, jejich rychlost závisí pouze na rychlosti procesu dobíjení bariérové kapacity. Proudově-napěťová charakteristika Schottkyho diod připomíná charakteristiku diod založených na přechodech. Rozdíl je v tom, že dopředná větev během 8-10 dekád přiloženého napětí představuje téměř ideální exponenciální křivku a zpětné proudy jsou malé (zlomky desítek nA). Konstrukčně jsou Schottkyho diody vyrobeny ve formě nízkoodporové křemíkové desky, na které je nanesen vysokoodporový epitaxní film se stejným typem elektrické vodivosti. Vrstva kovu je nanesena na povrch filmu vakuovým nanášením.

Schottkyho diody se také používají ve vysokoproudých usměrňovačích a v logaritmických zařízeních.

Symbol Schottkyho diody a ekvivalentní obvod diody je znázorněn na Obr. 2.13, r.

Při rychlých změnách napětí na diodě v přechodu - dochází k přechodovým jevům v důsledku dvou hlavních procesů. Prvním je hromadění menšinových nosičů v bázi diody při jejím přímém zapnutí, tzn. náboj difúzní kapacity. A když se napětí změní na opačné (nebo když se sníží), tento náboj se pohltí. Druhým jevem je dobíjení bariérové kapacity, které také neprobíhá okamžitě, ale je charakterizováno časovou konstantou , kde je rozdílový odpor diody (střídavý odpor) a je bariérová kapacita přechodu.

Obrázek 1.11 - Proces přepínání diody z otevřené do zavřené

Obrázek 1.12 -. Proces přepínání diody ze zavřené na otevřenou

Schottkyho diody (obrázek 1.13) jsou široce používány ve vysokorychlostních pulzních obvodech, ve kterých je přechod proveden na základě kontaktu kov-polovodič. Symbol je na obr.16.

Obrázek 1.13 - Symbol Schottkyho diody

Tyto diody nepotřebují čas na akumulaci a rozptýlení nábojů v bázi, jejich rychlost závisí pouze na rychlosti procesu dobíjení bariérové kapacity. Proudově-napěťová charakteristika Schottkyho diod připomíná charakteristiku diod založených na - přechodech. Rozdíl je v tom, že dopředná větev v rozmezí 8 - 10 dekád přiloženého napětí představuje téměř ideální exponenciální křivku a zpětné proudy jsou malé (zlomky desítek nanoampérů).

Schottkyho diody se také používají ve vysokoproudých usměrňovačích a v logaritmických zařízeních.

Konec práce -

Toto téma patří:

Přechod elektron-díra. Polovodičové diody

Elektronický děrový přechod polovodičové diody elektronický děrový přechod a jeho .. polovodičové diody a jejich charakteristiky .. dioda je polovodičové zařízení, které se skládá z jednoho přechodu a má dvě vývody anodu a katodu ..

Pokud potřebujete další materiál k tomuto tématu nebo jste nenašli to, co jste hledali, doporučujeme použít vyhledávání v naší databázi prací:

Co uděláme s přijatým materiálem:

Pokud se tento materiál ukázal být pro vás užitečný, můžete jej uložit na svou stránku na sociálních sítích: