В настоящее время широкое использование находят приборы с отсутствием инжекции неосновных носителей заряда − на базе гетеропереходов и переходов Шотки. Современные СВЧ диоды

изготавливают по планарной технологии с привлечением методов электронно-лучевой и рентгенолитографии, позволяющими получить контакты с размерами менее 1 мкм.

Малая площадь перехода обусловливает малую емкость перехода, которая является основным параметром высокочастотных диодов. Это

позволяет повысить скорость переключения и расширить диапазон рабочих частот. Типичные ВАХ точечного диода показаны на рис. 10.4, б.

Вследствие малой площади перехода снижается допустимая мощность рассеяния. Значение допустимых прямых токов у точечных диодов значительно меньше, чем у плоскостных, и не превышает 10−20 мА. Поскольку площадь перехода мала, то мал и обратный ток. Однако при

незначительных увеличениях обратного напряжения обратный ток существенно возрастает за счет тока утечки, а также повышения температуры перехода. Высокочастотные диоды характеризуются теми же параметрами, что и выпрямительные диоды. Кроме того, высокочастотные диоды часто характеризуются коэффициентом шума и внутренним (дифференциальным) сопротивлением. Высокочастотные точечные диоды могут быть использованы в схемах детектирования в качестве ограничителей, нелинейных сопротивлений и т. п. Диоды СВЧ диапазона имеют очень низкое напряжение пробоя, которое составляет всего 3−5 В, а рост обратного тока начинается при очень малых обратных напряжениях. Эти недостатки несущественны, так как СВЧ-диоды используются в смесителях и преобразователях, работающих от малых сигналов.

10.3. Импульсные диоды

Импульсный диод − это полупроводниковый диод, имеющий малую

длительность переходных процессов и предназначенный для применения в импульсных режимах работы. Импульсные диоды используют в качестве ключевых элементов схем, работающих с сигналами длительностью вплоть до наносекундного диапазона.

Специфическими параметрами импульсных диодов являются:

∙максимальное импульсное сопротивление, определяемое отношением

максимальной амплитуды импульса прямого напряжения на диоде к току через него;

∙максимальный ток восстановления − наибольший обратный ток через

диод после переключения напряжения на нем с прямого направления на обратное;

∙наибольшая емкость диода − емкость между выводами диода при заданном напряжении;

∙время восстановления обратного сопротивления диода.

182

Время восстановления обратного сопротивления диода τв, является основным параметром, характеризующим свойства импульсного диода. Для быстродействующих импульсных диодов τв = 0,1−10 мкс, а для сверхбыстродействующих τв < 0,1 мкс.

10.4. Стабилитроны

Стабилитроны − полупроводниковые приборы на основе диодов с n-p

переходами предназначенные для стабилизации напряжения в различных электронных схемах.

а) б)

Рис. 10.5. ВАХ кремниевого стабилитрона (а) и зависимость

температурного коэффициента напряжения стабилизации стабилитронов различных марок от напряжения стабилизации (б)

Для стабилизации напряжения в стабилитроне используется участок обратимого пробоя на обратной ветви диода (рис. 10.5, а) на котором изменение тока сопровождается небольшими изменениями напряжения. В тех случаях, когда требуется получить небольшие опорные напряжения, для стабилизации может быть использован участок прямой ВАХ диода.

Основными параметрами стабилитронов являются:

∙напряжение стабилизации;

∙разброс напряжения стабилизации − максимально допустимое отклонение напряжения стабилизации от номинального;

∙минимальный ток стабилизации − наименьший ток, протекающий через прибор, при котором напряжение стабилизации находится в заданных пределах;

183

∙максимальный ток стабилизации − наибольший ток, протекающий через прибор, при котором напряжение стабилизации находится в заданных пределах, а температура перехода не выше допустимой;

∙ дифференциальное сопротивление Rd = Uст/ I;

∙температурный коэффициент напряжения стабилизации при

постоянном токе стабилизации αст = Uст/( TUст)%. Обычно ТКН не превышает сотых долей процента.

Напряжение пробоя, являющееся напряжением стабилизации, может изменяться в широких пределах – от 3,5 до 400 В и выше. Напряжение стабилизации зависит от ширины обедненного слоя, т.е. от концентрации примесей. В случае больших концентраций напряжение стабилизации невелико, т.к. даже небольшое приложенное напряжение приводит к возникновению туннельного пробоя. При малой концентрации примеси переход имеет значительную ширину и лавинный пробой наступает раньше, чем напряжение становится достаточным для туннельного пробоя. Практически, при напряжениях стабилизации ниже 6 В имеет место только туннельный пробой, а при напряжениях свыше 8 В – лавинный. В интервале между ними наблюдаются оба вида пробоя.

Так как реальная ВАХ в области пробоя имеет некоторый наклон, то напряжение стабилизации зависит от тока стабилизации. Качество

стабилизации характеризуется отношением

Максимальный ток стабилизации ограничен допустимой мощностью рассеяния и возможностью перехода электрического пробоя в тепловой, который является необратимым. Минимальный ток стабилизации соответствует началу устойчивого электрического пробоя. При меньших токах в диоде возникают значительные шумы, происхождение которых связано с механизмом лавинного пробоя.

Важным параметром стабилитрона является αст. Для высоковольтных стабилитронов αст > 0, а для низковольтных αст < 0 (рис. 10.5, б). Это объясняется температурной зависимостью механизма пробоя. При U = 5−7 В

коэффициент αст минимальный и такие стабилитроны называются термоскомпенсированными.

Один из способов схемотехнического уменьшения αст заключается в последовательном соединении переходов с равными по значению, но

противоположными по знаку температурными коэффициентами стабилизации. Если переход стабилитрона имеет абсолютное значение αст, равное 6 мВ/К, то в электрической схеме последовательно с ним подсоединяют три n-p перехода, которые будут работать в прямом направлении, так как для прямого направления температурный коэффициент напряжения диода ТКН = −2 мВ/К. Тогда суммарное значение αст будет близко к 0.

184

Разновидностью кремниевых стабилитронов являются стабисторы. В этих диодах для стабилизации низких напряжений (до 1 В) используется прямая ветвь ВАХ n-p перехода. Для изготовления стабисторов используется сильно легированный кремний, что позволяет получать меньшие значения сопротивления базы диода. Температурный коэффициент стабилизации стабисторов отрицательный и примерно равен −2 мВ/К.

10.5. Полупроводниковые управляемые емкости (варикапы)

Варикапом (от англ. vary – изменяться и capacitance − емкость) называется диод, используемый в качестве управляемой напряжением емкости. В варикапах n-p переход включается в обратном направлении, т.е. используется его барьерная емкость. Номинальная емкость обеспечивается подбором площади n-р перехода.

Основные параметры этого типа диодов:

∙номинальная емкость − определяется при заданном обратном напряжении. Для различных варикапов изменяется от 1 до 100 пФ,

∙коэффициент перекрытия по емкости − отношение емкости

варикапа при двух заданных значениях максимальных и минимальных обратных напряжений,

∙температурный коэффициент емкости − относительное изменение емкости варикапа при изменении температуры на 1 К при заданном напряжении смещения,

∙добротность − отношение реактивного сопротивления на заданной

частоте переменного сигнала к сопротивлению потерь при заданном значении емкости. Принимает значения от нескольких десятков до сотен.

Добротность варикапа определяется соотношением параллельно включенных емкостного сопротивления сопротивления перехода (Rпер) и последовательного сопротивления базы диода (rб). На низких частотах влиянием rб можно пренебречь, тогда добротность варикапа определяется выражением:

В общем виде частотная зависимость добротности варикапа имеет ярко выраженный экстремум (рис. 10.6).

185