Импульсный режим

Во многих современных радиоэлектронных устройствах полупроводниковые диоды часто работают в импульсном режиме при длительности импульсов, равной единицам или долям микросекунды. Рассмотрим особенности этого режима на примере, когда диод соединен последовательно с нагрузкой, сопротивление которой R_нво много раз больше прямого сопротивления диода (R_н >> R_пр).Пусть такая цепь находится под действием импульсного напряжения, которое состоит из короткого импульса прямого напряжения (положительного импульса), отпирающего диод, и более длительного импульса обратного напряжения (отрицательного импульса), надежно запирающего диод до прихода следующего положительного импульса. Импульсы напряжения имеют прямоугольную форму (рис. 19а).

График тока, а следовательно, и про­порционального ему напряжения на R_нпоказан для этого случая на рис. 19б. При прямом напряжении ток в цепи определяется сопротивлением R_н. Хотя прямое сопротивление диода нелинейно, но оно почти не влияет на ток, так как, во много раз меньше R_н. Поэтому импульсы прямого тока почти не иска­жены. Некоторые сравнительно небольшие искажения могут наблюдаться только при очень коротких (длительностью в доли микросекунды) импульсах. При перемене полярности напряжения, т. е. при подаче обратного напряжения, диод запирается не сразу, а в течение некоторого времени проходит импульс обратного тока (рис. 19б), значительно превосходящий по амплитуде обратный ток в установившемся режиме i_{обр.уст}. Причины возникновения импульса обратного тока такие же, как и при работе диода на высоких частотах. Главная причина – это разряд диффузионной емкости, т. е. рассасывание зарядов, образованных подвижными носителями в п- и р-областях. Поскольку концентрации примесей в этих областях обычно весьма различны, то практически импульс обратного тока создается рассасыванием заряда, накопленного в базе, т. е. в области с относительно малой проводимостью. Например, если n-область является эмиттером, а р-область – базой, то при прямом токе можно пренебречь потоком дырок из р-области в n-область и рассматривать только поток электронов из п-области в р-область.

Рис. 19. Импульсный режим работы диода

Этот диффузионный поток через переход вызывает накопление электронов в р-области, так как они не могут сразу рекомбинировать с дырками или дойти до вывода от р-области. При перемене полярности напряжения накоп­ленный в базе заряд начинает двигаться в обратном направлении и возникает импульс обратного тока. Чем больше был прямой ток, тем больше электронов накапливалось в базе и тем сильнее импульс обратного тока. Двигаясь от базы обратно в эмиттер, электроны частично рекомбинируют с дырками, а частично проходят через n-область до металлического вывода от этой области.

Исчезновение (рассасывание) заряда, накопленного в базе, длится некоторое время. К концу рассасывания обратный ток достигает своего установившегося, весьма малого, значения i_{обр.уст}. Иначе можно сказать, что обратное сопротивление диода R_обрсначала оказывается сравнительно небольшим, а затем постепенно возрастает до своего нормального установившегося значения.

Время от момента возникновения обратного тока до момента, когда он принимает установившееся значение, называют временем восстановления обратного сопротивления. Это время – важный параметр диодов, предназначенных для импульсной работы. У таких диодов не превышает десятых долей микросекунды. Чем оно меньше, тем лучше: тогда диод быстрее запирается.

Вторая причина возникновения импульса обратного тока – заряд емкости диода под действием обратного напряжения. Зарядный ток этой емкости складывается с током рассасывания заряда, и в результате получается суммарный импульс обратного тока, который тем больше, чем больше емкость диода. Эта емкость у специальных диодов для импульсной работы не превышает единиц пикофарад.

Если импульс прямого тока имеет длительность значительно большую, чем длительность рассмотренных переходных процессов, то импульс обратного тока получается во много раз более коротким (рис. 19в)и его можно не принимать во внимание.

Импульсные диоды, помимо параметров и С, характеризуются еще рядом параметров. К ним относятся постоянное прямое напряжение U_пр, постоянный прямой ток I_пр, обратный ток I_обр, обратное напряжение U_o6p,максимальное допустимое обратное напряжение U_{обр. max} высота импульса прямого тока I_{пр. и max}.