5.6 Импульсный диод

Импульсный диод – это диод, предназначенный для работы в импульсном режиме.

Обозначение импульсного диода такое же, как и выпрямительного:

Пример: 2д503а

Рассмотрим работу импульсного диода в режиме ключа.

Идеальный случай: при положительном импульсе диод находится под прямым напряжением, его сопротивление мало, через него и нагрузку протекает ток . При отрицательном импульсе диод находится под обратным напряжением, его сопротивление велико, и ток в нагрузке отсутствует.

Реально, сопротивление диода мгновенно измениться с малого на большое не может – сказывается инерционность.

Причины инерционности:

а) Накопление избыточных ННЗ.

При положительном импульсе диод находится под прямым напряжением, поэтому происходит интенсивное проникновение ОНЗ в соседние области, где они накапливаются, образуя избыточные ННЗ, т.к. не успевают прорекомбинировать с зарядами противоположного знака.

При переходе на обратное напряжение эти избыточные заряды являются причиной возникновения большого импульса обратного тока, который может превысить тепловой ток в десятки раз. Резкое увеличение обратного тока означает резкое уменьшение обратного сопротивления диода.

Под действием обратного напряжения избыточные ННЗ начинают двигаться в обратном направлении, избыточная их концентрация будет уменьшаться (за счет перехода их в соседние области и за счет рекомбинации их с зарядами противоположного знака). Как только избыточная концентрация ННЗ станет равной нулю, обратный ток начнет уменьшаться до значения , а сопротивление диода будет возрастать.

Uвх

Uпр

о t

Uобр

Iд

t₀ t₁ Iо

о t

0,1Iобрmax

τ_восст

Iобрmax

Время, в течение которого происходит уменьшение обратного тока от максимального значения до 0,1 этого значения, называется временем восстановления обратного сопротивления импульсного диода (τвосст).

Чем меньше τвосст, тем лучше – диод быстрее переключается (запирается).

t₀ – момент переключения входного напряжения (с этого момента начинается рассасывание избыточных зарядов).

t₁ – момент времени, когда избыточная концентрация ННЗ становится равной нулю (с этого момента начинает уменьшаться концентрация ННЗ, т.е. начинает уменьшаться обратный ток).

б) Второй причиной инерционности импульсного диода является наличие барьерной емкости. При переходе на обратное напряжение эта емкость заряжается, и ток заряда еще больше увеличивает импульс обратного тока.

Способы уменьшения инерционности импульсного диода (повышение быстродействия)

• В базу диода вводится небольшое количество золота. При этом возникают так называемые «локальные ловушки» для ННЗ, т.е. образуются дополнительные центры рекомбинации, и рассасывание избыточных зарядов идет быстрее.

Кроме того, легирование золотом снижает емкость диода, следовательно, уменьшается и ток заряда этой емкости, а, значит, уменьшается и импульс обратного тока.

• Используют диоды с малой площадью p-n перехода, т.е. диоды с малой емкостью, например, точечные диоды.

• Используют сверхбыстродействующие диоды Шотки (выпрямляющий контакт Ме-п/п).

Эти диоды работают без накопления ННЗ в области базы, следовательно, не требуется времени на их рассасывание, т.е. процесс переключения диода происходит очень быстро.

5.7 Фотодиод

Фотодиоды – это полупроводниковые диоды, преобразующие световую энергию в энергию электрическую.

Обозначение:

Изготавливают фотодиоды из германия и кремния. Работает фотодиод при обратном включении.

Устройство:

P-n переход помещается в металлический корпус со стеклянным окном.

Принцип работы:

Принцип работы фотодиода основан на внутреннем и внешнем фотоэффекте. Когда диод не освещен, в цепи протекает обратный темновой ток небольшой величины . При освещении фотодиода происходит фотогенерация пар НЗ (т.е. возникает внутренний фотоэффект – валентные электроны, получив световую энергию фотонов, переходят из ВЗ в ЗП). Проводимость диода при этом возрастает, следовательно, возрастает обратный ток фотодиода до значения . Разность между световым и темновым токами называется фототоком:

Фотодиод может включаться в схему как с внешним источником питания (фотодиодный режим), так и без него (ве́нтильный режим).

(Используется при слабых световых (Используется при мощных

потоках) световых потоках, например,

солнечное излучение)