3.7. Імпульсний режим напівпровідникових діодів

У багатьох сучасних радіоелектронних пристроях напівпровідникові діоди часто працюють в імпульсному режимі при тривалості імпульсів, рівній одиницям або часткам мікросекунди. Розглянемо особливості цього режиму на прикладі, коли діод сполучений послідовно з навантаженням, опір якого R_Н у багато разів більше прямого опору діода (R_н >> R_пр). Нехай таке коло знаходиться під дією імпульсної напруги, яка складається з короткого імпульсу прямої напруги (додатний імпульс), що відмикає діод, і більш тривалого імпульсу зворотної напруги (від’ємний імпульс), що надійно замикає діод до приходу наступного додатного імпульсу. Імпульси напруги мають прямокутну форму (рис.3.15, а).

Г

Рис.3.15. Імпульсний режим роботи діода

рафік струму, а отже, і пропорційної йому напруги на R_Н показаний для цього випадку на рис. 3.15.б). При прямій напрузі струм в колі визначається опором R_H. Хоч прямий опір діода нелінійний, але він майже не впливає на струм, оскільки у багато разів менший R_H. Тому імпульси прямого струму майже не спотворені. Деякі порівняно невеликі спотворення можуть спостерігатися тільки при дуже коротких (тривалістю в долі мікросекунди) імпульсах.

При зміні полярності напруги, тобто при подачі зворотної напруги, діод закривається не відразу, а протягом деякого часу проходить імпульс зворотного струму (рис.3.15.б), який значно перевищує за амплітудою зворотний струм встановленому режимі І_зв.вст. Причини виникнення імпульсу зворотного струму такі ж, як і при роботі діода на високих частотах. Головна причина - це розряд дифузійної ємності, тобто розсмоктування зарядів, створених рухливими носіями в n і р-областях. Оскільки концентрації домішок в цих областях звичайно, суттєво відрізняються, то практично імпульс зворотного струму формується за рахунок розсмоктування заряду, нагромадженого в базі, тобто в області з відносно малою провідністю. Наприклад, якщо n-область є емітером, а р-область базою, то при прямому струмі можна нехтувати потоком дірок з р-області в n-область і розглядати тільки потік електронів з n-області в р-область.

Цей дифузійний потік через перехід спричиняє нагромадження електронів в р-області, оскільки вони не можуть відразу рекомбінувати з дірками або дійти до виводу від р-області. При зміні полярності напруги нагромаджений в базі заряд починає рухатися в зворотному напрямку і виникає імпульс зворотного струму. Чим більше був прямий струм, тим більше електронів нагромаджувалося в базі і тим більший імпульс зворотного струму. Рухаючись від бази зворотно в емітера, електрони частково рекомбінують з дірками, а частково проходять через n-область до металевого виводу від цієї області.

Зникнення (розсмоктування) заряду, нагромадженого в базі, триває деякий час. До кінця розсмоктування зворотний струм досягає свого сталого, дуже малого, значення І_зв.вст. Інакше можна сказати, що зворотний опір діода R_зв спочатку є порівняно невеликим, а потім поступово зростає до свого нормального сталого значення.

Час τ_від від моменту виникнення зворотного струму до моменту, коли він приймає стале значення, називають часом відновлення зворотного опору. Цей час - важливий параметр діодів, призначених для роботи в імпульсному режимі. У таких діодів τ_від не перевищує десятих часток мікросекунди. Чим воно менше, тим краще: тоді діод швидше закривається.

Друга причина виникнення імпульсу зворотного струму - заряд ємності діода під дією зворотної напруги. Зарядний струм цієї ємності складається з струмом розсмоктування заряду, і в результаті виходить сумарний імпульс зворотного струму, який тим більше, чим більша ємність діода. Ця ємність у спеціальних діодів призначених для роботи в імпульсному режимі не перевищує одиниць пікофарад.

Якщо імпульс прямого струму має тривалість значно більшу, ніж тривалість розглянутих перехідних процесів, то імпульс зворотного струму виходить у багато разів більш коротким рис. 3.15, в) і його можна не брати до уваги.

Імпульсні діоди, крім параметрів τ_від і С_д, характеризуються ще рядом параметрів. До них відносяться постійна пряма напруга U_пр, постійний прямий струм I_пр, зворотний струм I_зв, зворотна напруга U_зв, максимально допустима зворотна напруга U_зв.mах і значення імпульсного прямого струму I_{пр імп}. і максимального прямого імпульсного струму І_{макс пр.}