5.3.2.Принцип действия и назначение выпрямительных, детекторных и преобразовательных диодов
Принцип действия выпрямительныхдиодовоснован на использовании униполярной (односторонней) проводимости p-n-перехода. Действительно, так как прямой ток в десятки тысяч раз больше обратного, то приблизительно можно считать, что черезp-n-переход ток проходит только в одном направлении – прямом. Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в пульсирующий ток одной полярности.
В преобразовательных и детекторных диодахиспользуется другое свойство p-n-перехода – нелинейность вольт-амперной характеристики. Известно, что изменение частоты колебаний требует обязательного наличия нелинейного элемента в цепи. Диоды этой группы могут играть роль модуляторов, смесителей и умножителей частоты. В детекторных диодах также происходит преобразование частоты: из модулированного высокочастотного или сверхвысокочастотного сигнала выделяется низкочастотный (видеосигнал или сигнал звуковой частоты).
5.4. Барьерная емкость. Варикапы
Область объемного заряда представляет собой двойной слой противоположных по знаку неподвижных зарядов. Этот двойной слой можно уподобить обкладкам плоского конденсатора, к которому приложена контактная разность потенциалов.
Электроемкость такого конденсатора получила название барьерной,т.к. связана с существованием энергетического барьера между p- и n-областями. Значение барьерной электроемкости p-n-перехода можно вычислить по формуле для плоского конденсатора
, (5.4.1)
где 
- диэлектрическая проницаемость,
-
электрическая постоянная,S- площадь p-n-перехода,- ширина области объёмного заряда.
Изгиб энергетических зон, ширина области объёмного заряда, а, значит, и барьерная емкость изменяются, если к p-n-переходу приложить внешнее напряжение. Напомним, что при обратном включении напряжение считается отрицательным. Разность потенциалов между p- и n- областями при обратном включении p-n-перехода увеличивается, ширина области объёмного заряда также увеличивается, а барьерная емкость уменьшается. В результате барьерная емкость p-n-перехода зависит от контактной разности потенциалов и внешнего напряжения.
Характер зависимостей (U)иCбар (U) различен для резких и плавных переходов. Зависимость барьерной емкости от напряженияU для резкого p-n-перехода выражается формулой
, (5.4.2)
где S – площадь p-n-перехода,q – элементарный заряд,- диэлектрическая проницаемость полупроводника,0– электрическая постоянная,Nap– концентрация акцепторов в p–области,Ndn– концентрация доноров вn-области,кон– контактная разность потенциалов.
В случае резкого
несимметричного перехода, когда одна
из областей легирована более сильно,
чем другая (
или
),
формула (4.5) принимает вид
(5.4.3)
где N – концентрация примеси в слаболегированной области.
В случае плавного p-n-перехода барьерная емкость обратно пропорциональна не квадратному, а кубическому корню величины (кон –U):
, (5.4.4)
где a - градиент концентрации примесей.
Барьерная емкость перехода используется в одном из видов диодов – варикапах. Варикап – это полупроводниковый диод, действие которого основано на использовании зависимости барьерной емкости p-n-перехода от обратного напряжения. Варикап предназначен для применения в качестве элемента с электрически управляемой емкостью.