Другие виды диодов

1. Туннельный диод. ВАХ изображена на рисунке 17

рис.17

I

I 1 3

I 2

U U U

Условное обозначение на рис.18

рис.18

На рис.17 участок 1-2 – отрицательное сопротивление. ТД используют для построения генераторов. Применение ограничено. Усилительные: ЗИ101, ЗИ104; переключательные: ЗИ106-ЗИ109; генераторные: ЗИ201-ЗИ203.

ТД работает на эффекте туннелирования потенциального барьера. Между слоями p и n очень тонкий обедненный слой. При напряжении 0.6-0.7В в переходе достигает очень больших значений (5-7) . Потенциальный барьер такого перехода выглядит примерно так, как показано на рис.19

рис.19

При этом через переход могут течь значительные токи, как в прямом, так и в обратном направлениях. Только при прямом смещении он растет до I , а потом падает до I . Снижение токов объясняется уменьшением электронов, способных пройти барьер туннелированием. При напряжении U их число становится равным нулю. Дальнейший рост объясняется обычным переходом электронов, преодолевших высоту барьера.

Из-за малой ширины перехода носители практически мгновенно преодолевают барьер. Поэтому ТД является практически безинерционным прибором.

Из-за разного механизма переноса заряда ТД имеет и разные схемы замещения. На особом участке ВАХ он характеризуется эквивалентной схемой (рис.20)

рис.20

С

L r

G

Здесь L – индуктивность выводов; С - общая емкость диода в точке минимума ВАХ; G – отрицательная проводимость участка 1-2; r – общее активное сопротивление слоев диода. Пример построения генератора на ТД на рис.21

рис.21

R

Если смещение Е , то первой точкой при включении питания будет точка А (рис.22). – активные потери, ограничение тока на уровне I и т.о. нет генерации.

Если Е , то рабочая точка попадает на участок отрицательного сопротивления. Возникает генерация колебаний. Частота этих колебаний зависит от реактивного сопротивления диода и равна .

Недостатками ТД являются малые рабочие напряжения и малые амплитуды колебаний (10-20мВ). Частота генераторов на ТД не превышает 1 ГГц и поэтому ТД не нашли широкого применения в технике.

рис.22

I

A

В С

U

Е Е

2. Фотодиоды. У фотодиодов p-n-переход открыт для светового излучения. Свет, падая на диод, приводит к появлению фотоносителей (генерируемых светом). Носители подхватываются полем и образуют фототок.

.

Т.о., растет обратный ток диода.

,

S - интегральная чувствительная, Ф – световой поток.

ВАХ изображена на рис.23

рис.23

I

I U U

I I

Из ВАХ следует, что если к диоду не прикладывать внешних напряжений (U=0), то по закороченной цепи диода будет течь ток I . Если диод не закорачивать, то при освещении на его зажимах образуется напряжение U . Т.е., в режиме холостого хода диод может выполнять роль источника ЭДС. Режим короткого замыкания реализовать трудно. Поэтому используется режим с подключением источника питания и нагрузки. Используется обратная ветвь ВАХ (рис.24а).

рис.24

а) б) в)

U E U U Uн

Ф=0 I E

Ф >0 ФД

Ф Ф Rн

Ф >Ф

Е-Uг + Е -

ФД используются как приемники оптического измерения. Основные характеристики: интегральная чувствительность S ; темновой ток I ; постоянная времени

ФД применяются в диапазоне 0,4-2мкм. S зависит от площади перехода. Обычно S =10 . I невелик и составляет 10 мкА. Постоянная времени – время восстановления темнового тока . Обозначают так: ФД24К.

3.Светоизлучающие диоды (СИД). СИД преобразуют электрическую энергию в световое излучение за счет рекомбинации носителей (излучательная рекомбинация) из эмиттера в базу диода. Часть носителей рекомбинирует в p-n-переходе с излучением света. При прямом смещении перехода происходит инжекция носителей. Энергия излучаемых фотонов обычно имеет малый разброс, т.е. измерение имеет узкий диапазон длин волн. Спектральные характеристики излучения приведены на рис.25.

рис.25

I

Зелен. Красн. ИК

GaP GeAs

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 ,мкс

4.Обращенные диодыприменяются как выпрямители в СВЧ диапазоне малых напряжений. При этом используется обратная ветвь (рис.26).

рис.26

Прямая ветвь напоминает обратную характеристику

5. Генераторы шума(2Г401). ВАХ как у стабилитронов. Пробой – дробовой шум. I выбирают меньше I . В этом случае возникает нестабильность параметров – флуктуации, - шум.

6. Магнитодиоды. ВАХ зависит от индукции магнитного поля и расположения вектора магнитной индукции относительно плоскости перехода. Используется прямая ветвь. Мугнитодиоды используются как датчики магнитного поля.

Обозначения: КД301В В=0; I=3мА; U=10B

B=0,4; I=3мА; U=32B

7. Диоды Ганна. Имеется участок отрицательного сопротивления на ВАХ как и у ТД. При создании электрического поля определенной напряженности возникают колебания электрического поля.

Частота колебаний определяется параметрами диода, а не параметрами внешней цепи (колебательный контур).

8. СВЧ-диоды. Предназначены для работы в том же диапазоне частот, что и ОД. В основном это точечные диоды без инжекции неосновных носителей через переход. Различают смесительные (2А101-2А109), детекторные (2А201-2А203), параметрические (1А401-1А408), переключательные и ограничительные (2А503-2А524), умножительные и настроечные (Э2А601-Э2А603), генераторные (3А703-3А705). Диапазон – сантиметровые волны. Имеют различные конструкции – коаксиальные и волновидные

Итак, введем обозначения диодов:

1. Буква – материал Г, К, А – широко потребляемые; цифра –материал 1, 2, 3 – приборы специального назначения;

2. Буква – подкласс диода Д – выпрямительные или универсальные, И – туннельный и обращенный, В – варикап, С – стабилитрон, А – СВЧ-диоды;

3. Цифра: 101-399 – выпрямительные, 401-499 – выпрямительные, 501-599 –импульсные. У стабилитронов первая цифра – класс мощности, вторая и третья – напряжение стабилизации, у всех остальных: 4 и 5 – порядковый номер разработки; 6 знак – буква – параметрическая группа по технологическому типу. У стабилитронов – последовательность разработки.