Выпрямительные диоды

Выпрямительными диодами называют диоды, предназначенные для преобразования переменного тока в постоянный ток, к быстродействию, емкости р-n-перехода и стабильности параметров, которых обычно не предъявляют специальных требований.

В качестве выпрямительных диодов используют сплавные и диффузионные диоды, выполненные на основе несимметричных р-n-переходов.

В выпрямительных диодах находят применение также и р-i-n-переходы. Их использование позволяет снизить напряженность электрического поля в р-n-переходе и повысить значение обратного напряжения, при котором начинается пробой. Для этой же цели иногда используют или переходы. Для их получения методом эпитаксии на поверхности исходного полупроводника наращивают тонкую высокоомную пленку. На ней методом вплавления или диффузии создают р-n-переход, в результате чего получается структура или типа. В таких диодах успешно разрешаются противоречивые требования, состоящие в том, что, во-первых, для получения малых обратных токов, малого падения напряжения в открытом состоянии и температурной стабильности характеристик необходимо применять материал с возможно малым удельным сопротивлением; во-вторых, для получения высокого напряжения пробоя и малой емкости р-n-перехода необходимо применять полупроводник с высоким удельным сопротивлением .

Эпитаксиальные диоды обычно имеют малое падение напряжения в открытом состоянии и высокое пробивное напряжение.

Для выпрямительных диодов характерно, что они имеют малые сопротивления в проводящем состоянии и позволяют пропускать большие токи. Барьерная емкость их из-за большой площади p-n-переходов велика и достигает значений десятков пикофарад.

Германиевые выпрямительные диоды могут быть использованы в диапазоне температур, не превышающих 70-80°С, кремниевые - при 120-150°С.

Основные параметры выпрямительных диодов:

допустимое обратное напряжение диода - значение напряжения, приложенного в обратном направлении, которое диод может выдержать в течение длительного времени без нарушения его работоспособности;

прямой средний ток диода - максимально допустимое значение постоянного тока, протекающего через диод в прямом направлении;

максимально допустимый прямой импульсный ток диода - ток при заданной максимальной длительности импульса;

средний обратный ток диода - среднее за период значение обратного тока;

среднее прямое напряжение диода при заданном среднем значении прямого тока ;

средняя рассеиваемая мощность диода - средняя за период мощность, рассеиваемая диодом, при протекании тока в прямом и обратном направлениях;

дифференциальное сопротивление диода - отношение приращения напряжения на диоде к вызвавшему его малому приращению тока.

Импульсные диоды.

Импульсные диоды имеют малую длительность переходных процессов и предназначены для работы в импульсных цепях. От выпрямительных диодов они отличаются малыми емкостями р-n-перехода (доли пикофарад) и рядом параметров, определяющих переходные характеристики диода. Уменьшение емкостей достигается за счет уменьшения площади р-n-перехода, Поэтому допустимые мощности рассеяния у них невелики (30-40 мВт).

Основные параметры импульсных диодов (в дополнение к перечисленным параметрам выпрямительных диодов):

емкость диода ;

прямое максимальное импульсное напряжение ;

максимальный импульсный ток ;

время установления прямого напряжения диода . Оно характеризуется скоростью диффузии инжектированных в базу неосновных носителей заряда, в результате чего меняется ее сопротивление;

время восстановления обратного сопротивления диода .

Время восстановления определяют как промежуток времени, прошедший с момента изменения полярности напряжения питания до момента, когда обратный ток достигнет 0,1 ( - ток при прямом напряжении).

Наличие времени восстановления обусловлено зарядом, накопленным в базе диода при инжекции. Для запирания диода этот заряд должен быть «ликвидирован». Это происходит за счет рекомбинаций и обратного перехода неосновных носителей заряда в эмиттер. Последнее приводит к увеличению обратного тока. После изменения полярности напряжения в течение некоторого времени t1 обратный ток изменяется мало (рис. 1.14, а, б) и ограничен только внешним сопротивлением цепи. При этом заряд неосновных носителей, накопленных при инжекции в базе диода (концентрация p(x)), рассасывается (пунктирные линии на рис. 1.14, в). По истечении времени t₁ концентрация неосновных носителей заряда на границе перехода станет равна равновесной, но в глубине базы еще имеется неравновесный заряд. С этого момента обратный ток диода уменьшается до своего статического значения. Изменение его прекратится в момент полного рассасывания заряда, накопленного в базе.

В быстродействующих импульсных цепях широко используют диоды Шоттки, выполненные на основе контакта металл - полупроводник. Особенностью их является отсутствие инжекции неосновных носителей заряда в базу, так как при подключении прямого напряжения ток обусловлен только движением основных носителей заряда. У этих диодов не затрачивается время на накопление и рассасывание зарядов в базе, их быстродействие зависит только от скорости процесса перезарядки барьерной емкости. Вольт-амперная характеристика диодов Шоттки напоминает характеристику диодов на основе p-n-переходов. Отличие состоит в том, что прямая ветвь в пределах 8-10 декад приложенного напряжения представляет почти идеальную экспоненциальную кривую, а обратные токи малы (доли - десятки наноампер). Конструктивно диоды Шоттки выполняют в виде пластины низкоомного кремния, на которую нанесена высокоомная эпитаксиальная пленка с электропроводностью того же типа. На поверхность пленки вакуумным напылением нанесен слой металла.

Диоды Шоттки применяют также в выпрямителях больших токов и в логарифмирующих устройствах.