1.2.3. Импульсные диоды

Импульсные и близкие к ним высокочастотные диоды отличаются от выпрямительных прежде всего их быстродействием, зависящим от скорости рассасывания неравновесных носителей заряда в p-n переходе и от паразитных емкостей. Эти величины снижаются с уменьшением размера p-n перехода, поэтому такие диоды выполняются в основном точечными и микроплоскостными со специальным легированием золотом. Типичным их примером является диод КД512А со следующими параметрами: время восстановления τ=1нс, импульсный прямой ток I_имп=200мА, обратное напряжение U_R≤15В, емкость диода С≈1пФ, масса 0,3г. Ранее упоминалось также и о быстродействующих импульсных диодах Шоттки. На рис.16. приведена простейшая схема включения импульсного диода и осциллограммы восстановления обратного тока за время τ при переключении диода с прямого смещение на обратный [11].

Рис. 16. Схема включения (а) и осциллограммы входного напряжения (б) и тока (в) импульсного диода

Рис. 17. Общий вид и графическое обозначение (а) и характеристики (б) варикапа

1.2.4. Варикапы

Варикапы – это полупроводниковые диоды с очень малыми токами утечки, в которых используется зависимость емкости от обратного напряжения, т.е. ширина p-n перехода и используется как управляемая емкость. Увеличение запирающего напряжения вызывает расширение обедненного слоя p-n перехода, а следовательно, и уменьшение его емкости в 3÷5 раз. Типичный варикап КВ102В имеет кратность изменения емкости С_макс/С_мин=3; С_макс=37пФ, наибольшее управляющее обратное напряжение U_Rмакс=45В, добротность на частоте 50мГц Q_мин=40. в качестве варикапов иногда применяют стабилитроны. Обозначение и характеристики варикапа приведена на рис.17

1.2.5. Стабилитроны

Стабилитрон – это полупроводниковый диод, в котором используется неразрушающийся пробойный участок обратной ветви ВАХ для стабилизации напряжения.

Из рис.18 видно, что участок АВ обратно включенного диода, соответствующий области стабилизации от I_макс до I_мин, в которой напряжение на диоде не зависит от тока, является рабочим и используется для стабилизации напряжения [12].

Рис. 18. Общий вид и графический символ стабилитрона (а)

и его характеристика (б)

При обязательном ограничении тока через диод и сравнительно небольших напряжениях пробоя (3≤U_z≤18В), обеспечиваемых сильным легированием полупроводника и тонким p-n переходом, мощность, рассеиваемая на стабилитроне в режиме пробоя, мала и не вызывает теплового разрушения прибора. Поэтому после снятия напряжения свойства диода восстанавливаются. На участке пробоя напряжение очень мало зависит от тока и других условий работы, что позволяет применять стабилитроны как прецизионные источники напряжения с погрешностью порядка 0,02 %.

Свойства стабилитрона характеризуются следующими параметрами, приведенными в качестве примера для стабилитрона КС191А. Напряжение стабилизации U_z=8,5…9,7В, минимальный и максимальный токи стабилизации I_{z min} = 3мА и I_{z mах} = 15мА; динамическое сопротивление в режиме стабилизации R_z = 18Ом; максимальная рассеиваемая мощность P_mах = 0,15Вт; температурный коэффициент напряжения .

Основное применение стабилитронов – стабилизация постоянного и переменного напряжений в радиоэлектронной аппаратуре. Наиболее широко применяется простейшая схема так называемого параметрического стабилизатора постоянного напряжения, изображенная на рис.19.

Рис. 19. Схема стабилизатора постоянного напряжения

на кремниевом стабилитроне

Стабилизирующее действие схемы заключается в том, что при изменении питающего аппаратуру напряжения напряжение на стабилитроне VD и на нагрузке практически постоянно (рис.18,б). В этой схеме при изменении напряжения на величину ток стабилитрона изменяется соответственно на величину , при этом сопротивление так называемого балластного резистора выбирается из соотношения

(31)

где – номинальный ток стабилитрона, указываемый в справочниках.

Одна из возможных схем стабилизатора переменного напряжения на кремниевых стабилитронах приведена на рис. 20,а [11]. Напряжение сети через трансформатор T поступает в схему, состоящую из резистора и встречно включенных стабилитронов VD1 и VD2.

Рис. 20. Стабилизатор переменного напряжения (а) и форма его выходного напряжения (б)

Переменное напряжение ограничивается на уровне напряжения стабилизации стабилитронов VD1 и VD2. В результате этого на выходе получается напряжение трапецеидальной формы (рис. 20,б). При изменении величины входного напряжения амплитуда выходного напряжения остается постоянной, а действующее значение меняется незначительно (за счет некоторого изменения площади трапеции).

Необходимо отметить, что существующие стабилитроны имеют ограничение по величине минимального напряжения стабилизации – в пределах примерно до 3В. Для получения меньшего напряжения стабилизации используются стабисторы, в которых, в отличие от стабилитронов, используется прямая ветвь ВАХ [16], рис. 18,б. Например, напряжение стабилизации у стабисторов КС113А(2С113А) находится в пределах 1,17-1,43В, у стабисторов КС119А(2С119А) оно лежит в пределах 1,71-2,09В [17]. Стабисторы являются разновидностью стабилитронов, для которых важно, чтобы положение точки излома прямой ветви ВАХ мало менялось при изменении условий работы; в частности, при колебаниях температуры, и чтобы значения динамического сопротивления до и после точки излома различались как можно больше [12]. Для изготовления стабисторов применяется сильнолегированный кремний, что позволяет получать меньшие значения динамического сопротивления при прямом включении и меньший температурный коэффициент стабилизации, который у стабисторов отрицательный и примерно равен - 2мВ/К [2].