Імпульсні діоди та ключі

Імпульсний діод – це НД, що має малу тривалість перехідних процесів в імпульсних режимах роботи. Напівпровідникові діоди широко використовуються як ключі, тобто як пристрої, що можуть знаходитися в одному з двох станів: «Ввімкнено» (опір приладу дуже малий) та «Вимкнено» (oпip приладу дуже великий). Це дозволяє перемикати інформаційні сигнали в імпульсних та цифрових системах.

При використанні НД, шляхом зміни полярності керувальних сигналів майже безінерційно формуюються необхідні напрями потоків електронів. Засвойте це за допомогою схеми збігу, поданої на рис. 3.5. Якщо на діоди D2 та D3 не подаються позитивні імпульси, вони підключені до загальної точки схеми , до «землі», а тому вмикаються в прямому напрямі. Через резистор R1 протікає великий струм і на ньому спадає майже вся напруга джерела живлення. На виході напруга визначається прямою напругою спаду на діодах (0.4-0.8 ). Якщо позитивні імпульси поступають лише на один із діодів, він закривається, його опір суттєво зростає, але інший діод залишається відкритим, а тому стан схеми не зміниться. На виході залишається низький рівень напруги. Лише при одночасному надходженні позитивних імпульсів на обидва діоди, опір зростає, струм через резистор суттєво зменшується, в результаті на виході формується висока напруга ( майже 12 В ). Засвойте процес керування рівнем напруги на виході шляхом керування струмом. Це дуже важливо і в подальшому постійно використовується. Описане нижче відбувається, якщо перемикач J1 вимкнуто. При його вмиканні стан схеми буде визначатись прямим зміщенням діода D1, тобто низьким потенціалом. Лише при подачі позитивних імпульсів на три діоди одночасно (Рис. 3.6, а, б, в.), на виході формується високий рівень напруги ( рис. 3.6, г ) . Так за допомогою НД будуються логічні схеми ( схеми збігу ).


Рис. 3.5. Схема збігу	Рис. 3.6. Осцилограми імпульсів схеми збігу: а) на D1; б) на D2; в)на D3; г)на виході.

Імпульсні діоди призначені здебільшого для роботи у швидкодіючих імпульсних та цифрових схемах. Вони мають ряд конструктивно технологічних особливостей, які забезпечують імпульсний режим роботи. У НД діють два фактори, які визначають їхню інерційність. Це – бар’єрна ємність та накопичений заряд носіїв поблизу переходу. Основними ознаками, що вирізняють імпульсні діоди, є малі площа електричного переходу та тривалість життя нерівноважних носіїв заряду в базі.

Промисловість випускає також набір діодів та діодні матриці. Це інтегровані в одному корпусі та кристалі імпульсні (або універсальні) діоди з окремими або з’єднаними за заданою електричною схемою виводами. Використовуючи тип діода в ключовій схемі, оцінюють співвідношення тривалості iнформаційних сигналів і тривалості процесів накопичення та розосередження носіїв зарядів у структурі р-п‑переходу. Якщо ці значення сумірні, то обов’язково враховують тривалість перехідних процесів, а також спотворення форми імпульсів. Зрозуміло, що вони не повинні перевищувати допустимі значення.

На тривалість перехідних процесів та форму імпульсів у ключових схемах з НД впливають: - безпосередньо частотні властивості р‑п‑переходу, які моделюються за допомогою бар’єрної i дифузійної ємностей; - співвідношення опору генератора інформаційних сигналів i прямого опору НД; - рівень інжекції неосновних ноciїв заряду в базу, що залежить від амплітуди інформаційних сигналів, при цьому розрізняють режим великих амплітуд (великий рівень інжекції) та режим малих амплітуд (малий рівень інжекції).

Розглянемо процеси в НД за його підключення до генератора напруги в режимі великих амплітуд.Під час подачі на діод прямої напруги (рис.3.7,а) струм через діод установлюється не зразу, оскільки oпip бази ще залишається досить великим. Після подачі інформаційного сигналу починається накопичення в базі інжектованих через р‑п‑перехід неосновних носіїв заряду, внаслідок чого зменшується oпip бази і струм діода збільшується (рис.3.7.б), хоча пряма напруга на діоді залишається незмінною Цей процес модуляції опору бази не відбувається миттєво, оскільки накопичення неосновних нocіїв у базі діода визначається відносно повільним процесом дифузії їх від р-п‑переходу в глибину бази.

У мipy накопичення нociїв і зменшення опору бази відбувається перерозподіл усієї зовнішньої напруги між опором бази та р-п‑переходом. Спад напруги на базі діода зменшується, а на р-п‑переході збільшується, що викликає збільшення рівня інжекції. Якщо дія імпульсу прямої напруги тривала, то інжекція носіїв зрівноважується їхньою рекомбінацією. Виникає деякий сталий стан.

З перемиканням діода з прямої напруги на зворотну в початковий момент спостерігається великий зворотний струм (рис. 3.7,б), обмежений переважно послідовним опором бази. Починається процес розосередження неосновних нocіїв заряду, накопиченних у базі. Через обмеження зворотного струму концентрація носіїв у базі біля р-п‑переходу не може миттєво зменшитися до рівноваженого рівня. Після зменшення концентрацiї цих нociїв до нуля за час розосередження зворотний струм починає зменшуватися. Через деякий час t_rr уci накопичені в базі нociї покидають її через р-п‑перехід або рекомбінують, внаслідок чого зворотний струм зменшується до стаціонарного значення струму насичення І₀ . Водночас відновлюється зворотний oпip діода.

Процес розосередження накопичених нociїв відбувається значно повільніше, ніж процес їx накопичення, і саме тривалість розосередження визначає інерційні властивості більшості діодів, а також тривалість перехідних процесів.

Перехідний процес, протягом якого зворотний імпеданс (опір) переходу НД відновлюється до сталого значення після швидкого перемикання ЕДП з пропускного напряму на зворотний, називають відновленням зворотного опору діода. Відповідно одним з головних параметрів імпульсного діода є тривалість відновлення зворотного опору t_rr, який дорівнює інтервалу часу від моменту проходження струму через нуль після перемикання діода iз заданого прямого струму в стан заданої зворотної напруги, до моменту досягнення зворотним струмом заданого низького значення (рис. 3.7 б). За значенням цього параметра всі імпульсні діоди поділяють на шість груп: понад 500 нс; 150...500 нс; 30...150 нс; 5...30 нс; 1...5 нс; 1 нс; менше 1 нс.

Імпульсні діоди, крім параметрів, t_rr, С_б, характеризуються ще рядом параметрів. До них належать: постійна пряма напруга, постійний прямий струм, зворотний струм, зворотна напруга, гранично допустимі зворотна напруга та амплітуда імпульсу прямого струму.

3.6.4 Напівпровідникові стабілітрони

Напівпровідникові діоди, що працюють за зворотної напруги в режимі пробою і використовуються як джерело опорної напруги, називають напівпровідниковими стабілітронами. Вони є основним регулювальним елементом у стабілізаторах напруги для живлення радіоелектронних пристроїв (розд.10). Це забезпечується особливістю ВАХ (рис. 3.8), де є ділянка з високою крутістю, на якій напруга на діоді (напруга пробою) майже не змінюється при зміні струму через діод в заданих межах.

У радіоелектронній апаратурі використовують стабілітрони загального призначення, прецизійні, імпульсні, двоанодні та стабістори.

Стабілітрони загального призначення використовують у схемах стабілізаторів джерел живлення, обмежувачів, фіксаторів рівня напруги тощо.

Прецизійні стабілітрони застосовують як джерело опорної напруги з високою точністю стабілізації та термокомпенсації рівня напруги. Імпульсні стабілітрони використовують для стабілізації постійної та імпульсної напруги й обмеження амплітуди імпульсів напруги малої тривалості, а двоанодні – у схемах стабілізаторів, обмежувачів напруги різної полярності, а також у схемах двостороннього обмеження напруги як опорний елемент з термокомпенсованою напругою і т. ін.

Стабістори – це НД з високою крутістю ВАХ за прямого вмикання призначені для стабілізації малих напруг (постійних, імпульсних). Їх використовують як термокомпенсуючі елементи для підтримки заданого рівня напруги в схемі під час зміни температури навколишнього середовища.

Принцип роботи більшості стабілітронів, за винятком стабісторів, ґрунтується на використанні електричного пробою в p-n‑переході при подачі зворотної напруги (розд. 2.10).

Якщо концентрація домішок в базі діода відносно мала, відбувається лавинний пробій. Це використовується для побудови високовольтних стабілітронів з напругою стабілізації U_z > 6,3 В. Якщо концентрація домішок висока, виникає тунельний пробій (в низьковольтних стабілітронах з U_z < 6,3 В).

Параметрами стабілітронів є: - напруга стабілізації U_z – номінальне значення напруги стабілітрона під час проходження струму стабілізації; - струм стабілізації I_z – значення постійного струму через стабілітрон у режимі стабілізації ; - I_{z min} – мінімальний струм стабілізації, тобто значення струму на ділянці пробою ВАХ стабілітрона, зі зменшенням якого збільшується диференціальний опір стабілітрона і пробій стає нестійким; - I_{z max} – допустимий струм стабілізації, що визначається допустимою потужністю розсіювання P_{z max}_, за якої забезпечується гарантована надійність приладу під час тривалої його роботи;- r_z = ∂U_z/∂I_z – диференціальний опір за заданого струму стабілізації;- R_z = U_z/I_z – статичний опір при заданому струмі стабілізації; - K_z = R_z/r_z – критерій якості стабілітрона; C_z – ємність стабілітрона або ємність між виводами стабілітрона при заданій напрузі.

Принципову електричну схему параметричного стабілізатора таформування стабільної напруги подано в розд 10.

3.6.5 Обмежувачі амплітуди

В системах енергетичної електроніки та при обробці ЕІС з метою запобіганню перенавантаженню, широко використовують схеми, які виключають перевищення амплітуди в силових пристроях або на вході чутливих інформаційних систем. Для вирішення таких задач створені амплітудні обмежувачі (рис.3.9,а; рис.3.1,а). Це чотириполюсники, на виході яких напруга перестає змінюватись, коли напруга на вході: - перевищує якесь порогове значення (обмеження зверху, рис.3.9, б); - приймає значення нижче порогового ( обмеження знизу, рис.3.10, б); - або перевищує межі порогових рівнів ( двостороннє обмеження ).

Для вирішення таких задач використовують асиметрію ВАХ діодів в тому числі і стабілітронів. Щоб повністю уяснити процеси перетворення ЕІС в обмежувачах, сформуйте схему в MS, подану на рис 3.9.

Вплив на вихідний сигнал відбувається автоматично за рахунок суттєвої різниці провідності діодів за прямого та оберненого вмикання.

Резистор R1 і діод створюють подільники напруги. Якщо діод закритий, то його опір Rд>>R1, а тому Кu=1 (Uвих=Uвх, див.розділ.1.6.2.). Форми сигналів на вході та виході співпадають. При включені джерела живлення +3В вхідний сигнал амплітудою до 3В є недостатнім для перемикання НД у відкритий стан, а тому на діод подається зворотна напруга ( зберігається вказане вище співвідношення опорів ), а тому діод не впливає на передачу ЕІС (Кu=1).

Діод D1 автоматично перемикається у відкритий стан і починає впливати, коли вхідний сигнал у позитивний напівперіод перевищить приблизно 3,4 В , а тому подальше збільшення амплітуди Uвих обмежується за рахунок збільшення струму діода і, відповідно, збільшення спаду напруги на R1 (рис.3.9,б). В даному випадку автоматично встановлюється співвідношення опорів Rд << R1 і коефіцієнт передачі подільники різко зменшується. Настає обмеження зверху.

Для побудови обмежувача знизу необхідно змінити полярність підключення джерела -3В (рис.3.10, а). Це забезпечує автоматичне перемикання НД у відкритий стан і обмеження вихідного сигналу, коли амплітуда негативної напівхвилі вхідного сигналу перевищить – 3.4 В. В результаті відбувається обмеження знизу.

Відповідно пристрій спрацьовує при подачі синусоїдальних, позитивних і негативних вхідних сигналів. Рівень обмеження визначається напругою джерела живлення. Для побудови обмежувачів на рівні 0.4…08 В використовують пряме вмикання НД.

Для комутації опорів подільника напруги використовують також стабілітрони за зворотного вмикання. В даному випадку рівень обмеження визначається наругою пробою

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Основні види пробою НД	\|	Варикапи та пристрої електронного регулювання частоти

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.009 сек.