تفاوت بین دیود پالسی و یکسو کننده چیست؟ دیود پالس

تعداد زیادی از مدرن لوازم برقیاز تکانه های الکتریکی در کار خود استفاده می کنند. اینها می توانند سیگنال های جریان کم یا پالس های جریان (که از نظر فنی بسیار جدی تر هستند) در مدارهای منبع تغذیه و سایر مبدل های پالس، اینورترها و غیره باشند.

و عمل تکانه‌ها در مبدل‌ها همیشه برای مدت زمان صعود و نزول حیاتی است، که دارای مرزهای زمانی تقریباً مشابه هستند. گذرا V قطعات الکترونیکی، به ویژه - در همان دیودها. بنابراین، هنگام استفاده در مدارهای پالسیدیودها، ضروری است که فرآیندهای گذرا در خود دیودها - در حین روشن و خاموش شدن آنها (در حین باز و بسته شدن اتصال p-n) در نظر گرفته شود.

اصولاً به منظور کاهش زمان تغییر یک دیود از حالت نارسانا به حالت رسانا و بالعکس، توصیه می شود در برخی از مدارهای ولتاژ پایین متوسل شوید.

دیودهای این فناوری با دیودهای یکسو کننده معمولی به دلیل وجود یک اتصال فلز-نیمه هادی متفاوت است، که اگرچه اثر یکسو کننده مشخصی دارد، اما در عین حال ظرفیت اتصال نسبتاً کمی دارد، باری که در چنین شرایط غیر بحرانی انباشته می شود. مقدار و به سرعت جذب می شود که مدار با دیودهای شاتکی می تواند با فرکانس کافی بالا کار کند، زمانی که زمان سوئیچینگ در حدود چند نانوثانیه است.

مزیت دیگر دیودهای شاتکی این است که افت ولتاژ در محل اتصال آنها فقط حدود 0.3 ولت است. بنابراین، مزیت اصلی دیودهای شاتکی این است که زمان زیادی برای انباشته شدن و از بین بردن بارها صرف نمی کنند، سرعت در اینجا فقط به میزان شارژ یک ظرفیت مانع کوچک بستگی دارد.

در مورد، هدف اصلی این اجزا به هیچ وجه به معنای عملکرد در حالت های پالسی نیست. حالت پالسی برای دیود یکسو کننده یک حالت غیر معمول و غیر طبیعی است، بنابراین، توسعه دهندگان الزامات بالایی را برای سرعت دیودهای یکسو کننده اعمال نمی کنند.

دیودهای یکسو کننده عمدتاً برای تبدیل جریان متناوب فرکانس پایین به جریان مستقیم یا ضربانی استفاده می‌شوند، جایی که به هیچ وجه ظرفیت توان خروجی کوچک اتصال p-n و سرعت مورد نیاز نیست، اغلب فقط رسانایی بالا و در نتیجه مقاومت بالا در برابر پیوسته نسبتاً طولانی. جریان مورد نیاز است.

بنابراین دیودهای یکسو کننده با مقاومت کم در حالت باز، ناحیه اتصال p-n بزرگتر و توانایی عبور جریان های زیاد مشخص می شوند. اما به دلیل منطقه اتصال بزرگ، ظرفیت دیود بالاتر است - در حد صدها پیکوفاراد. این مقدار برای دیود پالسی زیاد است. برای مقایسه، دیودهای شاتکی ظرفیتی در حد ده ها پیکوفاراد دارند.

بنابراین، دیودهای پالسی دیودهایی هستند که به طور ویژه برای عملکرد در حالت های پالسی در مدارهای فرکانس بالا توسعه یافته اند. اساسی آنها ویژگی متمایزاز دیودهای یکسو کننده، مدت زمان کوتاه گذرا به دلیل ظرفیت بسیار کم اتصال p-n است که می تواند به واحدهای پیکوفاراد برسد و حتی کمتر باشد.

کاهش ظرفیت اتصال pn در دیودهای پالسی با کاهش ناحیه اتصال حاصل می شود. در نتیجه، توان تلف شده در بدنه دیود نباید خیلی زیاد باشد، متوسط جریان از طریق یک اتصال منطقه کوچک نباید از حداکثر مقدار مجاز نشان داده شده در اسناد دیود تجاوز کند.

دیودهای شاتکی اغلب به عنوان دیودهای پرسرعت استفاده می شوند، اما به ندرت دارای ولتاژ معکوس بالایی هستند، بنابراین دیودهای پالس به عنوان یک نوع دیود جداگانه متمایز می شوند.

دیود پالس – این یک دیود گذرا کوتاه است که برای کاربردهای پالسی طراحی شده است. آنها به عنوان عناصر سوئیچینگ (به عنوان مثال، در کامپیوتر)، برای تشخیص سیگنال های فرکانس بالا، و برای اهداف دیگر استفاده می شود.

در تغییر سریعولتاژ در سراسر دیود در - اتصال به دلیل دو فرآیند اصلی گذرا وجود دارد. اولین مورد تجمع حامل های اقلیت در پایه دیود هنگامی که مستقیماً روشن می شود، یعنی. بار ظرفیت انتشار و هنگامی که ولتاژ به عکس تغییر می کند (یا زمانی که کاهش می یابد) این شارژ جذب می شود. پدیده دوم شارژ مجدد ظرفیت مانع است که همچنین فوراً رخ نمی دهد، اما با یک ثابت زمانی مشخص می شود، که در آن مقاومت تفاضلی دیود (مقاومت در امتداد) است. جریان متناوب)، a ظرفیت مانع اتصال است.

اولین پدیده در چگالی جریان رو به جلو بالا از طریق دیود نقش اصلی را ایفا می کند، بار ظرفیت مانع در این مورد نقش ثانویه ایفا می کند. در چگالی جریان کم، فرآیندهای گذرا در دیود توسط پدیده دوم تعیین می شوند و تجمع حامل های بار جزئی در پایه نقش ثانویه ایفا می کند.

فرآیند تغییر دیود از حالت رسانایی بالا (دیود باز) به حالت رسانایی کم (دیود بسته) را در نظر بگیرید (شکل 1.11) هنگامی که یک ولتاژ رو به جلو اعمال می شود، جریان رو به جلو قابل توجهی ایجاد می شود که منجر به تجمع حامل های شارژ جزئی در ناحیه پایه (این یک مقاومت بالا است n- حوزه).

هنگام تعویض دیود از جلو به عقب، در لحظه اولیه، جریان معکوس زیادی از دیود عبور می کند که عمدتاً توسط مقاومت حجمی پایه محدود می شود. با گذشت زمان، حامل های اقلیت انباشته شده در پایه دوباره ترکیب می شوند یا از محل اتصال خارج می شوند و جریان معکوس به مقدار ثابت خود کاهش می یابد. کل این فرآیند طول می کشد زمان بازیابی مقاومت معکوس- فاصله زمانی از لحظه عبور جریان از صفر پس از تعویض دیود تا لحظه ای که جریان معکوس به مقدار کم از پیش تعیین شده می رسد. این یکی از پارامترهای اصلی دیودهای پالسی است و با توجه به مقدار آن، آنها به شش گروه تقسیم می شوند: >500 ns; =150…500 ns;=30…150 ns, =5…30 ns; =1…5 ns و<1 нс.

شکل 1.11 - فرآیند تغییر دیود از باز به بسته

هنگامی که یک پالس جریان در جهت رو به جلو عبور داده می شود، یک موج ولتاژ در اولین لحظه پس از روشن شدن مشاهده می شود (شکل 1.12) که با افزایش ولتاژ همراه است تا زمانی که تجمع حامل های اقلیت در پایه دیود به پایان برسد. پس از آن، مقاومت پایه کاهش می یابد و ولتاژ کاهش می یابد.

شکل 1.12 -. فرآیند تغییر دیود از بسته به باز

این فرآیند با پارامتر دوم دیود پالس مشخص می شود - زمان ته نشین شدن ولتاژ مستقیم، برابر با فاصله زمانی از شروع پالس جریان تا رسیدن به مقدار مشخص شده ولتاژ پیشرو است.

مقادیر این پارامترها به ساختار دیود و طول عمر حامل های بار اقلیت در پایه دیود بستگی دارد. برای کاهش طول عمر حامل های اقلیت، مقدار کمی ناخالصی طلا به پایه وارد می شود. اتم های طلا به عنوان مراکز نوترکیبی اضافی عمل می کنند؛ در نتیجه معرفی آنها، طول عمر حامل های بار کاهش می یابد، و در نتیجه، ظرفیت انتشار انتقال کاهش می یابد. کاهش ظرفیت مانع با روش های فناورانه و سازنده حاصل می شود. دیودهای پالس بر اساس فناوری مسطح، رشد همپایه، فناوری پرتو یونی ساخته می شوند. سیلیکون ماده نیمه هادی اصلی است.

در سرعت بالا مدارهای ضربه ایدیودهای شاتکی به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند (شکل 1.13) که در آن انتقال بر اساس تماس فلز-نیمه هادی انجام می شود. نماد در شکل 16 نشان داده شده است.

شکل 1.13 - نماد دیود شاتکی

این دیودها برای جمع آوری و دفع بارها در پایه زمان نمی برند، سرعت آنها فقط به سرعت فرآیند شارژ مجدد ظرفیت مانع بستگی دارد. ویژگی های ولت آمپردیودهای شاتکی شبیه ویژگی دیودهای مبتنی بر - اتصالات است. تفاوت این است که انشعاب رو به جلو در عرض 8 تا 10 دهه از ولتاژ اعمال شده، منحنی نمایی تقریبا ایده آل را نشان می دهد و جریان های معکوس کوچک هستند (کسری از ده ها نانو آمپر).

از نظر ساختاری، دیودهای شاتکی به شکل یک صفحه سیلیکونی با مقاومت کم ساخته می شوند که روی آن یک فیلم همپایی با مقاومت بالا با همان نوع هدایت الکتریکی رسوب می کند. لایه ای از فلز با رسوب در خلاء بر روی سطح فیلم رسوب می کند.

از دیودهای شاتکی در یکسو کننده های جریان بالا و در دستگاه های لگاریتمی نیز استفاده می شود.

ارسال کار خوب خود در پایگاه دانش ساده است. از فرم زیر استفاده کنید

دانشجویان، دانشجویان تحصیلات تکمیلی، دانشمندان جوانی که از دانش پایه در تحصیل و کار خود استفاده می کنند از شما بسیار سپاسگزار خواهند بود.

نوشته شده در http://www.allbest.ru/

وزارت آموزش و علوم اوکراین

دانشگاه ملی دنپروپتروفسک به نام اولس گونچار

دانشکده فیزیک، الکترونیک

و سیستم های کامپیوتری

گروه رادیو الکترونیک

کار آزمایشی روی "الکترونیک حالت جامد"

با موضوع: "ویژگی های دیود"

برآورده شد

دانش آموز گروه KM-11-1

میروننکوف R.D.

بررسی شد

شمرده فیزیک - ریاضی علوم، دانشیار گروه رادیو الکترونیک.

ماکاروف V.A.

Dnepropetrovsk 2013

انشا

کلمات کلیدی: دیود پالسی، دیود فرکانس بالا، دیود گان، مشخصه جریان-ولتاژ دیود.

هدف از کار: بررسی ویژگی ها و اصول عملکرد دیودهای پالسی و فرکانس بالا

معرفی

1. دیود پالس. اصول کارکرد، اصول جراحی، اصول عملکرد

2. دیود فرکانس بالا. اصول کارکرد، اصول جراحی، اصول عملکرد

2.1 دیود گان

3. ساخت دیود

نتیجه

کتابشناسی - فهرست کتب

معرفی

نیمه هادی ها زمانی به رگ طلایی واقعی فناوری تبدیل شدند که یاد گرفتند چگونه از آنها ساختارهایی شبیه به کیک لایه ای بسازند.

با رشد یک لایه n نیمه هادی روی ویفر نیمه هادی p، یک نیمه هادی دو لایه به دست می آوریم. لایه انتقال بین آنها pn-junction نامیده می شود. اگر یک سیم اتصال را به هر نیمه لحیم کنید، یک دیود نیمه هادی دریافت می کنید که مانند یک شیر بر روی جریان عمل می کند: جریان را به خوبی در یک جهت عبور می دهد و تقریباً آن را در جهت دیگر عبور نمی دهد.

چگونه یک لایه مانع یکسو کننده تشکیل می شود؟ تشکیل یک لایه با این واقعیت شروع می شود که p-half دارای سوراخ های بیشتری است و نیمه n دارای الکترون های بیشتری است. تفاوت در چگالی حامل های بار از طریق انتقال شروع به تعادل می کند: سوراخ ها به نیمه n نفوذ می کنند و الکترون ها به نیمه p.

یک منبع جریان خارجی می تواند مانع پتانسیل خارجی را افزایش یا کاهش دهد. اگر یک ولتاژ مستقیم به دیود اعمال شود، یعنی قطب مثبت به p-half متصل شود، آنگاه یک نیروی الکتریکی خارجی در برابر لایه دوگانه شروع به اعمال می کند و دیود جریانی را عبور می دهد که با افزایش ولتاژ به سرعت افزایش می یابد. اگر قطبیت هادی ها را تغییر دهید، ولتاژ تقریباً به صفر می رسد. اگر دیود به یک مدار ولتاژ متناوب متصل شود، به عنوان یکسو کننده عمل می کند، یعنی خروجی یک ولتاژ ضربانی ثابت در یک جهت (از مثبت به منفی) خواهد داشت. به منظور صاف کردن دامنه، یا همانطور که به آن "مقدار اوج" ریپل جریان نیز می گویند، اضافه کردن یک خازن به موازات دیود موثر است. دستگاه های یکسو کننده اغلب در صنعت مورد نیاز هستند. به عنوان مثال، یکسو کننده ها برای عملکرد صحیح لوازم خانگی مورد نیاز هستند (زیرا تقریباً همه لوازم الکتریکی ولتاژ DC مصرف می کنند. اینها تلویزیون، رادیو، VCR و غیره هستند). همچنین دیودهای نیمه هادی برای رمزگشایی سیگنال های ویدئویی، رادیویی، عکس و سایر سیگنال ها به سیگنال های فرکانسی-الکتریکی مورد نیاز است. به کمک این خاصیت نیمه هادی ها تلویزیون تماشا می کنیم یا به رادیو گوش می دهیم.

دیودهای نیمه هادی غیرمعمول نیز وجود دارد - این دیودهای ساطع کننده نور و دیودهای نوری هستند. فتودیودها تنها زمانی جریان را عبور می دهند که نور به بدن آنها برخورد کند. و LED ها، هنگامی که جریان از آنها عبور می کند، شروع به درخشش می کنند. رنگ درخشش LED ها بستگی به نوع آن دارد.

دیودهای نیمه هادی بسته به توان، محدوده فرکانس کاری، ولتاژ و محدوده فرکانس کاری به گروه هایی تقسیم می شوند. هر دو دیود و ترانزیستور دارای یک ویژگی منحصر به فرد هستند. هنگامی که دما تغییر می کند، مقاومت داخلی آنها تغییر می کند و بنابراین، مقدار ولتاژ جریان یکسو شده نیز تغییر می کند. نور و فتودیود به عنوان سنسور و نشانگر استفاده می شود.

1. دیود پالس اصول کارکرد، اصول جراحی، اصول عملکرد

اینها دیودهای معمولی با ویژگی I-V معمولی هستند، اما در حالت سوئیچینگ کار می کنند. دامنه آنها مدارهای دیجیتال است که عناصر آنها یا در حالت باز "0" یا در حالت بسته "1" هستند. بنابراین، در این برنامه، پارامترهای زمان بندی دیود مورد توجه است: چقدر سریع از حالت بسته به حالت باز می رود و بالعکس. شکل 1 یک دیود سوئیچینگ را بر اساس یک تماس نامتعادل نشان می دهد. ما این شرط را می پذیریم که امیتر دارای n - رسانایی باشد. این زمینه را برای در نظر گرفتن رفتار و جریان الکترون ها فراهم می کند. با عدم تقارن معکوس، هر آنچه گفته می شود به سوراخ ها اشاره دارد.

عکس. 1. دیود پالس

بیایید فرآیندها را در حین سوئیچینگ در نظر بگیریم. ما یک ولتاژ مستقیم به آن اعمال می کنیم - یک مرحله ایده آل (شکل 2.a) در ابتدا، الکترون هایی با بالاترین انرژی، که مستقیماً در نزدیکی اتصال p-n قرار دارند، شروع به حرکت می کنند، سپس آنهایی که در داخل ناحیه n هستند به آنها می پیوندند. . بنابراین، به دلیل تفاوت در انرژی های حامل، تعداد آنها به تدریج افزایش می یابد و جریان رو به جلو نیز به تدریج افزایش می یابد. این فرآیند در زمان در شکل 2.b نشان داده شده است، و tset پارامتر برای ارزیابی - زمان ایجاد حالت باز معرفی شده است. برای مدت طولانی، جریان تغییر نمی کند و تعداد زیادی از حامل های اقلیت، الکترون ها، در ناحیه اتصال "p" جمع می شوند. یک غلظت حامل غیرتعادلی در ناحیه p کریستال ایجاد می شود.

اجازه دهید یک قطبیت ولتاژ معکوس را به همان اندازه در حال تغییر به محل اتصال اعمال کنیم. الکترون های غیرتعادلی انباشته شده در ناحیه «p» تحت تأثیر میدان الکتریکی در ناحیه «n» شروع به حذف خواهند کرد. غلظت آنها زیاد است، بنابراین جریان معکوس برای مدتی زیاد خواهد بود. این مرحله از فرآیند در شکل 2.b به صورت t 1 نشان داده شده است. در نهایت، فرآیند خروجی به پایان می رسد، انتقال به یک حالت بسته تبدیل می شود. اکنون دو ناحیه نیمه رسانا p و n b و یک لایه دی الکتریک بین آنها وجود دارد. این خازن است که تحت تأثیر شروع به شارژ شدن می کند ولتاژ معکوس. جریان شارژ طبق قانون نمایی کاهش می یابد، در شکل 2.b این زمان t 2 است. به طور کلی زمان بازیابی حالت بسته t 1 +t 2 =t restore است.

شکل 2. فرآیندها در یک دیود پالسی

معمولا t restore >> t restore. برای بهبود پارامترهای دیود، از مواد با تحرک حامل بالا (Ge) برای ساخت استفاده می شود، منطقه اتصال کوچک می شود، ساختارهای p-i-n. نمونه ای از استفاده از دیود پالسی در شکل نشان داده شده است. شکل ولتاژ روی مقاومت بار، شکل جریان را در شکل 3 تکرار می کند.

شکل 3. عملکرد یک دیود پالسی

2. دیودهای فرکانس بالا اصول کارکرد، اصول جراحی، اصول عملکرد

در تکنولوژی مایکروویو (برای عملکرد در محدوده امواج سانتی متری و میلی متری)، از دیودهای مایکروویو مخصوص ژرمانیوم و سیلیکون (دیودهای مایکروویو) استفاده می شود. با توجه به هدف آنها، دیودهای مایکروویو به آشکارسازهای ویدئویی، طراحی شده برای تشخیص نوسانات مایکروویو، سوئیچینگ، در نظر گرفته شده برای استفاده در دستگاه هایی برای کنترل سطح قدرت مایکروویو، پارامتریک، طراحی شده برای استفاده در تقویت کننده های پارامتریکنوسانات مایکروویو و مبدل ها. به نوبه خود، دیودهای مبدل که از غیر خطی بودن مشخصه جریان-ولتاژ انتقال استفاده می کنند، به موارد زیر تقسیم می شوند:

دستگاه های اختلاط مورد استفاده برای تبدیل سیگنال مایکروویو و سیگنال نوسان ساز محلی به سیگنال فرکانس متوسط.

· ضرب، برای ضرب فرکانس سیگنال مایکروویو استفاده می شود.

· مدولاتور، برای تعدیل دامنه سیگنال مایکروویو استفاده می شود.

دیودهای مایکروویو معمولا از تماس نقطه ای استفاده می کنند. انتقال در چنین دیودهایی شکل نمی گیرد. تماس یکسو کننده به سادگی با فشار دادن نوک فنر فلزی روی سطح صیقلی نیمه هادی ایجاد می شود. این دیودها از ماده ای با مقاومت بسیار کم ساخته شده اند (طول عمر حامل کوتاه است) و شعاع تماس نقطه ای بسیار کمی دارند (2-3 میکرومتر) که خواص فرکانس بالا خوبی را ارائه می دهد. با این حال، ولتاژ شکست دیودهای مایکروویو بسیار کم است (فقط 3-5 ولت)، و ولتاژ پیشروی نسبتاً زیاد است.

اگرچه جریان معکوس آنها کم است، اما به دلیل اثر تونل زنی حامل ها از طریق اتصال، تقریباً از صفر شروع به افزایش می کند (شکل 4).

برنج. 4. CVC یک دیود فرکانس بالا

طراحی دیودهای مایکروویو معمولاً برای جفت شدن با عناصر یک مسیر کواکسیال یا موجبر، با سرهای اندازه گیری و سایر قسمت های سیستم مایکروویو سازگار است. در بخش طول موج بلند محدوده مایکروویو (3-10 سانتی متر)، انواع اصلی محفظه ها از نوع کارتریج فلزی-سرامیکی یا فلزی-شیشه ای هستند. در محدوده موج 1-3 سانتی متر، ابعاد و ظرفیت این موارد به طور غیر قابل قبولی بزرگ می شود و بنابراین کنتاکت یکسو کننده در یک کیس از نوع کواکسیال نصب می شود. در محدوده موج میلی متری از طرح موجبر استفاده می شود.

علاوه بر طول موجی که دیودهای مایکروویو دارای پارامترهای تضمین شده توسط استانداردها هستند شرایط مرجعو حداکثر داده های مجاز، دیودهای مایکروویو نیز با پارامترهای الکتریکی مشخص می شوند که مقدار اصلی را منعکس می کنند. بنابراین، اختلاط دیودهای مایکروویو با تلفات تبدیل (نسبت توان مایکروویو در ورودی به توان فرکانس متوسط در خروجی دیود)، نسبت نویز (نسبت توان نویز در خروجی دیود در حالت کار به حرارتی) مشخص می‌شود. قدرت نویز مقاومت فعالدیود)، رقم نویز نرمال شده، که حساسیت عمومی دستگاه گیرنده و امپدانس خروجی دیفرانسیل را مشخص می کند. در بعضی موارد پارامتر الکتریکینه تنها ویژگی های خود دیود مایکروویو، بلکه ویژگی های یک دستگاه مایکروویو خاص که این دیود در آن نصب شده است را تعیین می کند.

باید در نظر داشت که قدرتی که در آن دیود "سوخته" می شود، همراه با بدتر شدن غیرقابل برگشت مشخصه یا خرابی ولتاژ جریان، بسیار کم است. بنابراین، لازم است هر گونه اثرات پیش بینی نشده را حذف کرده و اقدامات حفاظتی لازم را هم در حین کار و هم در حین ذخیره سازی دیود مایکروویو انجام دهید (به عنوان مثال، تخلیه الکتریسیته ساکن روی بدن اپراتور از طریق دیود غیرقابل قبول است؛ ذخیره سازی دیود در یک کارتریج فلزی و غیره).

در دستگاه‌های موج میلی‌متری (به‌ویژه دستگاه‌های یکپارچه)، از دیودهای ترانزیت بهمنی برای ساخت تقویت‌کننده‌های قدرتمند مایکروویو و دیودهای Gunn برای ساخت ژنراتورهای مایکروویو به‌طور گسترده استفاده می‌شود. این دیودها از پدیده محدودیت تحرک الکترون در میدان های الکتریکی با قدرت بالاتر از حد بحرانی استفاده می کنند و در مشخصه های جریان-ولتاژ آنها مقطعی با مقاومت تفاضلی منفی وجود دارد. دیودهای انتقال بهمن در حالت ضرب بهمن حامل های بار با بایاس معکوس اتصال الکتریکی عمل می کنند. دیودهای Gunn (در ساختار این دستگاه ها اتصال یکسو کننده وجود ندارد) از اثر وقوع نوسانات الکتریکی در صفحه آرسنید گالیم در هنگام اعمال ولتاژ ثابت به آن استفاده می کند و میدان الکتریکی با قدرت بیش از 105 ولت ایجاد می کند. /m

دیودهای ترانزیت بهمن و ژنراتورهای Gunn که به صورت تجاری تولید می شوند برای توان خروجی مایکروویو در حالت پیوسته چند ده میلی وات طراحی شده اند. در حالت پالس، این توان را می توان چندین مرتبه افزایش داد. برای افزایش توان خروجی، به دیودهای ترانزیت بهمن و نوسانگرهای Gunn با سطح بیشتری از اتصال الکترون به حفره و منطقه بزرگتر از یک فیلم نیمه هادی نازک نیاز است. در عین حال، آنها باید نه تنها از نظر ضخامت، بلکه از نظر مساحت نیز یکنواخت باشند.

فرکانس کاری دیودهای مایکروویو سیلیکونی مدرن در حال حاضر به حد تئوری نزدیک شده است. بنابراین، به منظور بهبود بیشتر خواص فرکانس، استفاده از مواد متفاوت و همچنین توسعه دستگاه های نیمه هادی با اصول عملکرد متفاوت ضروری است.

2.1 دیود گان

دیود گان (که توسط جان گان در سال 1963 اختراع شد) -- نوع دیودهای نیمه هادیبرای تولید و تبدیل نوسانات در محدوده مایکروویو در فرکانس های 0.1 تا 100 گیگاهرتز استفاده می شود. بر خلاف انواع دیگر دیودها، اصل عملکرد دیود Gunn بر اساس خواص اتصالات p-n نیست، یعنی. تمام خواص آن نه با اثراتی که در محل اتصال دو نیمه هادی مختلف رخ می دهد، بلکه توسط خواص ذاتی مواد نیمه هادی مورد استفاده تعیین می شود.

در ادبیات داخلی، دیودهای Gunn را دستگاه هایی با ناپایداری توده یا با انتقال الکترون بین دره می نامیدند، زیرا خواص فعال دیودها به دلیل انتقال الکترون ها از دره انرژی "مرکزی" به سمت "سمت" است، جایی که قبلاً می توان آنها را داشت. با تحرک کم و جرم موثر بزرگ مشخص می شود. در ادبیات خارجی، دیود Gunn با اصطلاح TED (دستگاه الکترونی انتقال یافته) مطابقت دارد. دیود پالس فرکانس بالا gunn

بر اساس اثر گان، ژنراتور و دیودهای تقویت کننده ایجاد شده اند که به عنوان ژنراتور پمپ در تقویت کننده های پارامتریک، هتروداین در گیرنده های سوپرهتروداین، ژنراتور در فرستنده های کم توان و در فناوری اندازه گیری استفاده می شوند.

هنگام ایجاد کنتاکت های اهمی با مقاومت پایین لازم برای عملکرد دیودهای Gunn، دو رویکرد وجود دارد:

· اولین مورد، یافتن یک فناوری قابل قبول برای رسوب گذاری این گونه تماس ها به طور مستقیم روی آرسنید گالیم با مقاومت بالا است.

· رویکرد دوم ساخت یک ساختار چند لایه ژنراتور است. در دیودهای این ساختار، روی لایه‌ای از آرسنید گالیم با مقاومت نسبتاً بالا، که به عنوان بخش کار ژنراتور عمل می‌کند، لایه‌های همپایی از آرسنید گالیم با مقاومت نسبتاً کم با رسانایی الکتریکی نوع n در دو طرف ساخته شده‌اند. این لایه های بسیار آلیاژی به عنوان لایه های انتقالی از قسمت کاری دستگاه به الکترودهای فلزی عمل می کنند.

دیود Gunn به طور سنتی از یک لایه آرسنید گالیم با تماس های اهمی در هر دو طرف تشکیل شده است. بخش فعال دیود Gunn معمولاً دارای طولی در حدود l = 1-100 میکرومتر و غلظت ناخالصی های دهنده دوپینگ n = 1014 است. 1016 سانتی متر?3. در این ماده، در نوار هدایت، دو حداقل انرژی وجود دارد که مربوط به دو حالت الکترون - "سنگین" و "سبک" است. در این راستا، با افزایش قدرت میدان الکتریکی، متوسط سرعت رانش الکترون‌ها تا زمانی که میدان به مقدار بحرانی معینی برسد افزایش می‌یابد و سپس کاهش می‌یابد و به نرخ اشباع تمایل پیدا می‌کند.

بنابراین، اگر ولتاژی به دیود اعمال شود که از حاصل ضرب قدرت میدان بحرانی و ضخامت لایه آرسنید گالیم در دیود بیشتر شود، توزیع یکنواخت ولتاژ در ضخامت لایه ناپایدار می شود. سپس، اگر حتی در ناحیه نازکبا افزایش جزئی در قدرت میدان، الکترون‌هایی که نزدیک‌تر به آند قرار دارند، از این ناحیه به آند عقب‌نشینی می‌کنند، و الکترون‌های واقع در کاتد سعی می‌کنند با لایه‌های دوگانه بارهای حاصل که به سمت آند حرکت می‌کنند، به آن‌ها برسند. . هنگام حرکت، شدت میدان در این لایه به طور مداوم افزایش می یابد و در خارج از آن تا زمانی که به مقدار تعادل برسد کاهش می یابد. چنین لایه دوگانه متحرکی از بارها با قدرت میدان الکتریکی بالا در داخل حوزه میدان قوی و ولتاژی که در آن رخ می دهد ولتاژ آستانه نامیده می شود.

در لحظه هسته شدن دامنه، جریان در دیود حداکثر است. با تشکیل دامنه، کاهش می یابد و در پایان شکل گیری به حداقل خود می رسد. با رسیدن به آند، دامنه از بین می رود و جریان دوباره افزایش می یابد. اما به محض اینکه به حداکثر می رسد، یک کاتد تشکیل می شود دامنه جدید. فرکانس تکرار این فرآیند با ضخامت لایه نیمه هادی نسبت معکوس دارد و فرکانس عبور نامیده می شود.

در CVC یک دستگاه نیمه هادی، وجود یک بخش در حال سقوط شرط کافی برای وقوع نوسانات مایکروویو در آن نیست، بلکه شرط لازم است. وجود نوسانات به این معنی است که ناپایداری اغتشاشات موج در فضای یک کریستال نیمه هادی رخ می دهد. اما چنین ناپایداری به پارامترهای نیمه هادی (پروفایل دوپینگ، ابعاد، غلظت حامل و غیره) بستگی دارد.

شکل 5. CVC دیود Gunn

هنگامی که دیود Gunn در تشدید کننده قرار می گیرد، حالت های تولید دیگری امکان پذیر است، که در آن فرکانس نوسان را می توان هم کمتر و هم بالاتر از فرکانس انتقال ایجاد کرد. راندمان چنین ژنراتوری نسبتاً بالا است، اما حداکثر قدرتاز 200--300 میلی وات تجاوز نمی کند.

یک دیود Gunn می تواند برای ایجاد یک نوسان ساز در محدوده فرکانس 10 گیگاهرتز و بالاتر (THz) استفاده شود. و یک تشدید کننده که می تواند به شکل یک موجبر باشد برای کنترل فرکانس اضافه می شود. فرکانس ژنراتورهای مبتنی بر دیود Gunn عمدتاً توسط فرکانس تشدید سیستم نوسانی با در نظر گرفتن رسانایی خازنی دیود تعیین می شود و می توان آن را در محدوده وسیعی به وسیله مکانیکی و تنظیم کرد. روش های الکتریکی. با این حال، عمر مفید ژنراتورهای Gunn نسبتا کوتاه است که به دلیل تأثیر همزمان عواملی مانند میدان الکتریکی قوی و گرم شدن بیش از حد کریستال در اثر نیروی آزاد شده در آن بر روی کریستال نیمه هادی است.

دیودهای Gunn که در حالت های مختلف کار می کنند در محدوده فرکانس 1-100 گیگاهرتز استفاده می شوند. در حالت پیوسته، ژنراتورهای واقعی مبتنی بر دیودهای Gunn دارای راندمان حدود 2-4٪ هستند و می توانند ارائه دهند. توان خروجیاز واحدهای میلی وات به واحدهای W. اما هنگام تغییر به حالت پالس، راندمان 2-3 برابر افزایش می یابد. سیستم‌های رزونانس ویژه‌ای که به شما امکان می‌دهند مقداری هارمونیک بالاتر به قدرت سیگنال خروجی مفید اضافه کنید، باعث افزایش راندمان می‌شوند و این حالت آرامش نامیده می‌شود.

چند وجود دارد حالت های مختلف، در یکی از آنها ژنراتور دیود Gunn بسته به ولتاژ تغذیه، دما، خواص بار می تواند کار کند: حالت دامنه، حالت ترکیبی، حالت تجمع بار حجم محدود و حالت هدایت منفی.

متداول ترین حالت مورد استفاده، حالت دامنه است که در طول بخش قابل توجهی از دوره نوسان، با حالت وجود یک دامنه دوقطبی مشخص می شود. حالت دامنه می تواند سه داشته باشد نوع متفاوت: دهانه، با تاخیر در تشکیل دامنه ها و با خاموش شدن دامنه ها، که با تغییر مقاومت بار بدست می آیند.

برای دیودهای Gunn حالت محدودیت و تجمع بار فضایی نیز ابداع و اجرا شد. وجود آن در دامنه های ولتاژ بزرگ در فرکانس های چندین برابر بیشتر از فرکانس عبور و در ولتاژهای ثابتروی دیود که چندین برابر بیشتر از مقدار آستانه هستند. با این حال، الزامات اجرایی برای وجود دارد این رژیم: دیودهایی با مشخصات دوپینگ بسیار یکنواخت مورد نیاز است. توزیع یکنواخت میدان الکتریکی و غلظت الکترون در طول نمونه به دلیل نرخ بالای تغییر ولتاژ در سراسر دیود تضمین می شود.

همراه با آرسنید گالیم و فسفید ایندیم InP (تا 170 گیگاهرتز) به روش رشد همپایی، نیترید گالیم (GaN) نیز برای ساخت دیودهای Gunn استفاده می شود که بیشترین فرکانس بالانوسانات در دیودهای Gunn - 3 THz. گان دیود دارد سطح پاییننویز دامنه و ولتاژ منبع تغذیه کم (از واحد تا ده ها ولت).

عملکرد دیودها در محفظه های رزونانسی انجام می شود که به صورت ریزمدار روی بسترهای دی الکتریک با عناصر خازنی و القایی تشدید کننده و یا به صورت ترکیبی از تشدید کننده ها با ریزمدارها هستند.

3. تولید دیود

تکنولوژی ساخت دیود را می توان بر اساس هر یک از روش های شرح داده شده در بالا برای به دست آوردن اتصالات p-rc بر روی سیلیکون و ژرمانیوم است. با این حال، دستگاه با بهترین کیفیت تقویت کننده توسط انتشار و با استفاده از فناوری mesa به دست می آید.

تکنولوژی ساخت دیودهای Gunn نسبتا ساده است. دیودها یا بر اساس تک کریستال ها یا بر اساس لایه های همپای GaAs ساخته می شوند. ابعاد صفحات برای ساخت دیودها بر اساس شرایط عملکرد آنها و پارامترهای مورد نیاز انتخاب می شود.

با توجه به پارامترها و تکنولوژی ساخت دیودها و تریستورها، اختصارات زیر در متن و جداول پذیرفته شده است: Si - سیلیکون، Qe - ژرمانیوم، GaAs - آرسپید گالیوم، CaP - فسفیت گالیوم، Si(CO 3) 2 - کاربید سیلیکون .

نتیجه

در این کار اصول عملکرد دیودهای پالسی و فرکانس بالا را در نظر گرفتیم. هر یک از دیودها پارامترها، ویژگی ها و هدف خود را در مدار الکتریکی دارد. دیود یک عنصر الکترونیکی است که بسته به جهت جریان الکتریکی رسانایی متفاوتی دارد. الکترود دیود متصل به قطب مثبت منبع جریان زمانی که دیود باز است (یعنی مقاومت کمی دارد) نامیده می شود. آندمتصل به قطب منفی - کاتد.

دیودهای پالس در حالت کار می کنند کلید الکترونیکی. مدت زمان پالس ها می تواند بسیار کم باشد، بنابراین دیود باید خیلی سریع از یک حالت به حالت دیگر تغییر کند. پارامتر اصلی که سرعت دیودهای پالسی را مشخص می کند، زمان بازیابی مقاومت معکوس است. برای کاهش، از اقدامات ویژه ای استفاده می شود که روند جذب حامل های بار جزئی در پایه را تسریع می کند. الزامات سوئیچینگ دیودها توسط دیودهای مبتنی بر مانع شاتکی که به دلیل عدم تزریق و تجمع حامل های بار جزئی در پایه دارای اینرسی بسیار کم هستند، به خوبی برآورده می شود.

دیود فرکانس بالا برای تبدیل خطی یا غیر خطی سیگنال های فرکانس بالا تا 600 مگاهرتز استفاده می شود. (دیودهای مایکروویو - تا 12 گیگاهرتز.) در مدارهای آشکارساز استفاده می شود - این یکسو کننده های سیگنال فرکانس بالا هستند.

ظرفیت مانع Sat [µF]

f برده [MHz]

در دیودهای وارداتی مدرن، از مشخصه ای مانند "زمان بازیابی" استفاده می شود. در دیودهای فوق سریع به مقادیر 100 ns می رسد.

کتابشناسی - فهرست کتب

1. Zh. I. Alferov، فیزیک و فناوری نیمه هادی ها. 1998. V.32. شماره 1. S.3-18.

2. Berg A.، Dean P. LEDs / Per. از انگلیسی. ویرایش A.E. یونوویچ م.، 1979.

3. کوگان L. M. دیودهای ساطع نور نیمه هادی. م.، 1983.

4. Losev O. V. در خاستگاه های فناوری نیمه هادی: آثار منتخب. L.، 1972.

میزبانی شده در Allbest.ru

اسناد مشابه

مفهوم دیود نیمه هادی ویژگی های ولت آمپر دیودها. محاسبه مدار دستگاه اندازه گیری. پارامترهای دیودهای مورد استفاده پارامترهای اساسی، دستگاه و طراحی دیودهای نیمه هادی. آلیاژ دستگاه و دیودهای نقطه ای.

مقاله ترم، اضافه شده 05/04/2011

مفهوم دیودها به عنوان دستگاه های الکترو وکیوم (نیمه هادی). دستگاه دیود، خواص اصلی آن. معیارهای طبقه بندی دیودها و ویژگی های آنها. رعایت قطبیت صحیح هنگام اتصال دیود به داخل مدار الکتریکی. علامت گذاری دیود.

ارائه، اضافه شده در 10/05/2015

ولتاژ و مقاومت دیود بررسی مشخصه جریان-ولتاژ برای یک دیود نیمه هادی. تجزیه و تحلیل مقاومت دیود اندازه گیری ولتاژ و محاسبه جریان از طریق یک دیود. مشخصه بار تثبیت کننده پارامتری.

کار عملی، اضافه شده در 10/31/2011

بررسی مشخصات جریان-ولتاژ دیودها، مشخصه یابی در مقادیر مختلف ولتاژ. تقریب نمودارهای مشخصات جریان-ولتاژ دیودها، توابع درجه اول و دوم، توان. منبعبرنامه ها و داده ها

کار آزمایشگاهی، اضافه شده در 2012/07/24

مکانیسم عمل یک دیود نیمه هادی یک دستگاه الکترونیکی غیر خطی با دو لید است. عملکرد دیود زنر یک دیود نیمه هادی است که مشخصه جریان-ولتاژ آن دارای یک ناحیه وابستگی جریان به ولتاژ در قسمت معکوس آن است.

ارائه، اضافه شده در 12/13/2011

تعیین مقدار جریان معکوس ساختار دیود. محاسبه مشخصات جریان-ولتاژ انتقال ایده آل و واقعی. وابستگی مقاومت دیفرانسیل، ظرفیت مانع و انتشار، ضخامت لایه تخلیه به ولتاژ دیود.

مقاله ترم، اضافه شده در 2016/02/28

محاسبه ولتاژ در محل اتصال با اتصال مستقیم در جریان رو به جلو معین. تاثیر دما بر ولتاژ پیشرو مقاومت دیود جریان مستقیم. مشخصه ولت آمپر دیود. پارامترهای یک تثبیت کننده ولتاژ بر اساس دیود زنر.

تست، اضافه شده در 1393/01/14

تدوین و توجیه مدار الکتریکیاندازه گیری مشخصات جریان-ولتاژ دستگاه های نیمه هادی. تعیین لیست وسایل و تجهیزات اندازه گیری لازم، مونتاژ تنظیمات آزمایشی. ساخت نمودارهای وابستگی

مقاله ترم، اضافه شده در 2015/11/19

طبقه بندی دیودها بسته به تکنولوژی ساخت: مسطح، نقطه ای، میکروآلیاژی، مزادیفیوژن، همپایی-مسطح. انواع دیودها با توجه به هدف عملکردی آنها. پارامترهای اساسی، مدارهای سوئیچینگ و مشخصات جریان-ولتاژ.

مقاله ترم، اضافه شده در 2015/01/22

پارامترها، خواص، ویژگی های دیودهای نیمه هادی، تریستورها و ترانزیستورها، دیودهای یکسو کننده. تقویت کننده عملیاتی, دستگاه های ضربه ای. پیاده سازی سیستم کاملتوابع منطقی با استفاده از مدارهای منطقی جهانی

دیودهای پالس دارای مدت زمان کوتاهی از گذرا هستند و برای کار در مدارهای پالس طراحی شده اند. آنها با دیودهای یکسو کننده در ظرفیت های کوچک - اتصال (کسری از پیکوفارادها) و تعدادی از پارامترهایی که ویژگی های گذرا دیود را تعیین می کنند متفاوت هستند. کاهش ظرفیت با کاهش مساحت محل اتصال حاصل می شود، بنابراین قدرت اتلاف مجاز آنها کم است.

پارامترهای اساسی دیودهای پالس

1. ظرفیت کلدیود (سهام - چندین).

2. حداکثر ولتاژ ضربه به جلو.

3. حداکثر مجاز جریان ضربه ای.

4. زمان برقراری ولتاژ پیشروی دیود ضخیم است - فاصله زمانی از لحظه اعمال پالس جریان رو به جلو به دیود تا رسیدن به مقدار مشخص شده ولتاژ پیشرو در آن - به سرعت حرکت در داخل بستگی دارد. پایه حامل های بار اقلیت از طریق اتصال تزریق می شود که در نتیجه مقاومت آن کاهش می یابد (کسری که سهم ندارد).

5. زمان بازیابی مقاومت معکوس دیود - فاصله زمانی که از لحظه عبور جریان از صفر (پس از تغییر قطبیت ولتاژ اعمال شده) تا لحظه ای که جریان معکوس به مقدار کوچک از پیش تعیین شده (از قبل) می رسد سپری شده است. ترتیب µs).

وجود زمان بازیابی به دلیل بار انباشته شده در پایه دیود در هنگام تزریق است. برای قفل کردن دیود، این شارژ باید "تحلیل" شود. این به دلیل نوترکیبی ها و انتقال معکوس حامل های بار اقلیت به امیتر رخ می دهد. دومی منجر به افزایش جریان معکوس می شود. پس از تغییر قطبیت ولتاژ برای مدتی، جریان معکوس کمی تغییر می کند (شکل 2.13، a، b) و تنها توسط مقاومت خارجی مدار محدود می شود. در این حالت، بار حامل های اقلیت انباشته شده در حین تزریق در پایه دیود (غلظت) جذب می شود (خطوط چین در شکل 2.13، c).

برنج. 2.13. تغییر در جریان از طریق دیود (الف) هنگام اتصال ولتاژ معکوس (ب) و تغییر در غلظت حامل‌های بار اقلیت در پایه دیود پالسی (c). سمبلدیود با مانع شاتکی (g)؛ مدار معادل دیود (e): مقاومت اتصال. - ظرفیت انتقال؛ - مقاومت اهمی بدنه پایه و امیتر؛ ج - ظرفیت بین الکترودی لیدها

پس از انقضای زمان، غلظت حامل های بار اقلیت در مرز انتقال برابر با یک تعادل است، اما هنوز یک بار غیرتعادلی در عمق پایه وجود دارد. از این لحظه جریان معکوس دیود به مقدار استاتیک آن کاهش می یابد. تغییر آن در لحظه اتلاف کامل بار انباشته شده در پایه متوقف می شود.

در مدارهای پالس با سرعت بالا، دیودهای شاتکی به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند، که در آن انتقال بر اساس تماس فلز-نیمه هادی انجام می شود. این دیودها برای جمع آوری و دفع بارها در پایه زمان نمی برند، سرعت آنها فقط به سرعت فرآیند شارژ مجدد ظرفیت مانع بستگی دارد. مشخصه جریان-ولتاژ دیودهای شاتکی شبیه ویژگی دیودهای مبتنی بر اتصالات است. تفاوت این است که انشعاب رو به جلو در عرض 8-10 دهه پس از ولتاژ اعمال شده، نشان دهنده یک منحنی نمایی تقریبا ایده آل است و جریان های معکوس کوچک هستند (کسری از ده ها nA). از نظر ساختاری، دیودهای شاتکی به شکل یک صفحه سیلیکونی با مقاومت کم ساخته می شوند که روی آن یک فیلم همپایی با مقاومت بالا با همان نوع هدایت الکتریکی رسوب می کند. لایه ای از فلز با رسوب در خلاء بر روی سطح فیلم رسوب می کند.

از دیودهای شاتکی در یکسو کننده های جریان بالا و در دستگاه های لگاریتمی نیز استفاده می شود.

نماد دیود شاتکی و مدار معادل دیود در شکل نشان داده شده است. 2.13، y.d.

با تغییرات سریع در ولتاژ در سراسر دیود در محل اتصال -، گذرا به دلیل دو فرآیند اصلی رخ می دهد. اولین مورد تجمع حامل های اقلیت در پایه دیود هنگامی که مستقیماً روشن می شود، یعنی. بار ظرفیت انتشار و هنگامی که ولتاژ به عکس تغییر می کند (یا زمانی که کاهش می یابد) این شارژ جذب می شود. پدیده دوم شارژ مجدد ظرفیت مانع است که همچنین فوراً رخ نمی‌دهد، اما با یک ثابت زمانی مشخص می‌شود، که در آن مقاومت تفاضلی دیود (مقاومت ac)، و ظرفیت مانع اتصال است.

هنگام تعویض دیود از جلو به عقب، در لحظه اولیه، جریان معکوس زیادی از دیود عبور می کند که عمدتاً توسط مقاومت حجمی پایه محدود می شود. با گذشت زمان، حامل های اقلیت انباشته شده در پایه دوباره ترکیب می شوند یا از محل اتصال خارج می شوند و جریان معکوس به مقدار ثابت خود کاهش می یابد. کل این فرآیند طول می کشد زمان بازیابی مقاومت معکوس- فاصله زمانی از لحظه عبور جریان از صفر پس از تعویض دیود تا لحظه ای که جریان معکوس به مقدار کم از پیش تعیین شده می رسد. این یکی از پارامترهای اصلی دیودهای پالسی است و با توجه به مقدار آن، آنها به شش گروه تقسیم می شوند: >500 ns; = 150 … 500 ns; =30…150 ns، =5…30 ns. =1…5 ns و<1 нс.

شکل 1.11 - فرآیند تغییر دیود از باز به بسته

شکل 1.12 -. فرآیند تغییر دیود از بسته به باز

دیودهای شاتکی (شکل 1.13) به طور گسترده در مدارهای پالس با سرعت بالا استفاده می شود که در آن انتقال بر اساس تماس فلز-نیمه هادی انجام می شود. نماد در شکل 16 نشان داده شده است.

شکل 1.13 - نماد دیود شاتکی

این دیودها برای جمع آوری و دفع بارها در پایه زمان نمی برند، سرعت آنها فقط به سرعت فرآیند شارژ مجدد ظرفیت مانع بستگی دارد. مشخصه جریان-ولتاژ دیودهای شاتکی شبیه ویژگی دیودهای مبتنی بر - اتصالات است. تفاوت این است که انشعاب رو به جلو در عرض 8 تا 10 دهه از ولتاژ اعمال شده، منحنی نمایی تقریبا ایده آل را نشان می دهد و جریان های معکوس کوچک هستند (کسری از ده ها نانو آمپر).

از دیودهای شاتکی در یکسو کننده های جریان بالا و در دستگاه های لگاریتمی نیز استفاده می شود.

پایان کار -

این موضوع متعلق به:

انتقال الکترون به حفره دیودهای نیمه هادی

دیودهای نیمه هادی اتصال حفره الکترونیکی اتصال سوراخ الکترونیکی و .. دیودهای نیمه هادی آن و ویژگی های آنها .. دیود وسیله ای نیمه هادی است که از یک اتصال تشکیل شده و دارای دو سرب آند و کاتد می باشد.

اگر به مطالب اضافی در مورد این موضوع نیاز دارید یا آنچه را که به دنبال آن بودید پیدا نکردید، توصیه می کنیم از جستجو در پایگاه داده آثار ما استفاده کنید:

با مطالب دریافتی چه خواهیم کرد:

اگر این مطالب برای شما مفید بود، می توانید آن را در صفحه خود در شبکه های اجتماعی ذخیره کنید: