Что такое импульсный диод? Импульсные блоки питания

Диодом импульсного типа называют диод имеющий малую длительность переходных процессов и являющийся составной частью импульсной схемы, работающей на высокой частоте.

Для данных целей наиболее подходят диоды с оптимизированными собственными ёмкостью и временем, требующимся на то, чтобы обратное сопротивление восстановилось. Достижение необходимого показателя по первому параметру происходит при уменьшении длины и ширины p-n — перехода, это соответственно сказывается и на уменьшении допустимых мощностей рассеивания.

По второму — при использовании сильно легитированных полупроводниковых элементов (например, легитация кремниевых пластины используется золото).

Для диодов импульсного типа свойственно наличие:

Малых значений предельных импульсных токов (максимально исчисляются в нескольких сотнях мА);

Малых значений предельных обратных напряжений (максимально — десятки вольт).

Величина барьерной ёмкости у диода импульсного типа в большинстве случаев составляет меньше 1пФ (пико Фарад). Что до времени жизни неосновных носителей, то оно не превышает 4 нс.

Для диодов данного типа характерна способность к пропусканию импульсов продолжительностью не более микросекунды при токах с широкой амплитудой. Если диод точечный (в смысле конструкции), то ему свойственно работать на частотах около 1ГГц.

Типы импульсной диодной конструкции:

Диод (импульсный) имеет широкий спектр областей применения, в том числе, с его помощью можно сконструировать электронный ключ, генератор, модулятор, формирователь импульсов и демпфер.

По сути импульсный диод выполняет те же функции, что и стандартный диод полупроводникового типа, обладающий p-n — переходом. В момент воздействия прямого напряжения он демонстрирует хорошую электропроводность. Кроме того, в случае смены полярностей происходит перекрывание диода. Перекрывается он не в одно мгновение, а в несколько этапов:

По каким параметрам следует оценивать импульсный диод:

Феномен восстановительного периода обуславливается существованием заряда, накопившегося в диодной базе в то время, когда подавался импульс. Чтобы запереть диод, потребуется тем или иным способом избавиться от этого заряда.

Это может произойти благодаря рекомбинациям и возвращению ННЗ в зону эмиттера. Данное действие оказывает влияние на обратный ток, его сила возрастает. После смены полярностей напряжения в течение определённого временного интервала изменений обратного тока, который ограничивается лишь воздействием внешнего сопротивления цепи, практически не происходит. В то же время ННЗ, скопившиеся в диодной базе во время подачи импульса, рассасываются.

По завершении некоторого временного отрезка ННЗ рядом с переходом приобретают равновесную концентрацию, однако, в более глубинной части базы заряд по-прежнему остаётся неравновесным. Но на данный момент значение обратного диодного тока становится статическим. Полностью он перестанет изменяться, когда скопившийся внутри базы заряд полностью рассосётся.

Диод Шоттки

Для импульсных цепей быстрого действия характерно применение диодов с барьером Шоттки. В таких устройствах зона перехода располагается в месте сцепления металла и полупроводника. Сконструированные подобным образом диоды не требуют дополнительного времени, чтобы заряды внутри базы накапливались, а потом рассасывались. Ключевым параметром здесь становится лишь та скорость с которой перезаряжается барьерная ёмкость.

По своим вольт-амперным характеристикам диоды Шоттки весьма схожи с диодами, работа которых основана на действии p-n — перехода. Вся разница заключается в том, что на первых восьми — десяти десятках приложенного напряжения, график действия практически точно движется по экспоненте, при этом объёмы обратных токов крайне невелики (до нескольких десятков нА).

С точки зрения конструкции диоды данного типа представляют собой полупроводниковую пластину (материал: низкоомный кремний), покрытую эпитаксиальной плёнкой (высокоомной), имеющей аналогичную по типу электропроводность. Сама плёнка тоже имеет покрытие в виде вакуумного металлического напыления.

К сфере применения диодов Шоттки можно также отнести выпрямители больших токов и логарифмирующие устройства. Подробней про диод Шоттки здесь

Выпрямительный диод

Чтобы получить однополярное пульсирующее напряжение при выпрямлении переменного, обычно применяется выпрямительный диод. Действие пульсирующего напряжения сглаживается (обычно с помощью конденсатора) и на выходе оно становится постоянным. Конструирование выпрямительного диода аналогично конструированию его плоскостной разновидности. Это обусловлено их низкочастотным режимом работы и большой силой прямого тока, идущего по электронно-дырочному переходу.

Для выпрямительных диодов малой мощности свойственно рассеивание собственной тепловой энергии посредством собственной же внешней оболочки, как следствие, они не нуждаются в охлаждающих устройствах. Выпуск выпрямительных диодов возможен как в форме дискретного компонента, так и в виде диодных сборок.

Величина обратного напряжения для выпрямительного диода, превышающий максимально допустимый, может стать причиной пробоя. Предотвратить это возможно последовательным соединением группы предварительно шунтированных диодов (шунтирование при помощи высокоомного резистора позволяет равномерно распределить напряжение по всем компонентам).

Негативное действие прямого тока излишней силы можно минимизировать и даже предотвратить при помощи параллельно соединённых диодов. Показания по сопротивлению, даже для диодов от одного изготовителя и произведённых в одно время, могут сильно разниться. Поэтому, для сохранения целостности диода с более низкими показателями, производится последовательное подключение к низкоомным резисторам. Это способствует уравниванию силы проходящих внутри диодов прямых токов.

Лазерный диод

Под термином лазер понимается излучение монохроматического типа в оптическом волновом диапазоне, получаемое при помощи квантовых генераторов. Лазеры, конструкция которых базируется на полупроводниках выступают инструментом создания лазерных диодов. В качестве базы для конструирования диодов требуется использование плоскостного электронно-дырочного перехода. Он формируется при помощи полупроводника, имеющего проводимость электронного типа (к примеру, арсенид галлия).

Конструкция лазерного диода

Между гранями полупроводниковых пластин, выступающих в качестве основы образования электронно-дырочного перехода, служат для формирования резонатора Фабри-Перо. Фотоны внутри этого своеобразного «коридора» отражаются от стен тысячи раз, до того как покинуть его. Концентрированность электронов для более высоких энергетических уровней первоначально меньше, чем для более низких.

Электронную инжекцию в зону дырочной проводимости производят при осуществлении прямого включения от внешнего источника питания. Также это способствует осуществлению электронной рекомбинации на месте, где электронно-дырочный переход граничит с остальной частью диода (эта зона составляет меньше двух микрометров). Всё это происходит при параллельном выделении фотонов.

Далее электроны всё больше концентрируются в области верхних энергетических уровней, до того момента, пока не превысят уровень концентрации электронов внизу. После многократное отражение уже имеющихся и появление новых индуцирующих фотонов приведёт к формированию монохроматического светового излучения, покидающего стены лазерного диода посредством специального окошка.

Необходимо помнить, что лазер применим лишь в целях создания, но не увеличения силы импульсов

Сферы, в которых может применяться импульсный лазерный диод: спектрографы, лазерные прицелы, дальномеры, лазерные принтеры и медицинские приборы. Кроме того, это незаменимый компонент устройств стирающих, записывающих и считывающих информацию с любого лазерного диска.

Импульсные блоки питания

Схема мощного импульсного блока питания

Ввиду того, что использование трансформатора вне дома не несёт никакой пользы, то здесь импульсные преобразователи энергии оказываются весьма уместны. Ведь они способны используя абсолютно любую батарею или аккумулятор, формировать нужный уровень напряжения.

Диоды импульсных источников питания (импульсных силовых блоков, импульсных блоков питания), обеспечивающие их работоспособность, были описаны выше. Применение той или иной разновидности зависит от того, какие конкретно свойства и параметры требуется получить при создании конкретного блока питания. Самостоятельное конструирование подобных блоков не представляет особой сложности, но, тем не менее, это тема, требующая отдельного обсуждения.

Источник

Импульсного и выпрямительного диодов, в чем разница в 2021 году?

Диод – элемент в системе электроники, необходимый для создания импульсивности и слаботочных сигналов. Его проводимость зависит от направленности тока. Является участником цепной реакции в преобразователях и инверторах. Классифицируется импульсивный и выпрямительный, их действие и принцип работы немного отличается друг от друга.

Выпрямительный

Необходим в электронной цепи для преобразования переменного тока в постоянный. Для него характерны следующие показатели:

Отличается он высокой емкостью, которая в рабочем режиме может достичь до десятков пФ. Обусловлено это большой площадью переходов. Используются в электронных цепях, где нужна высокая проводимость и стойкость к длительному непрерывному току.

Оба вида этих составляющих цепной реакции в электронике имеет проводимость только в одном направлении. При обратном движении он мгновенно блокирует поступаемую мощность.

Импульсивный

Его цель использования в электронной сети – для создания непрерывной поступающей связи между всеми элементами. Он определяется следующими свойствами:

Используются только в высокочастотных цепях, где не требуется большая проводимость и хорошая непрерывная мощность. Полученное электричества должно быть средним и не превышать максимально допустимых значений, которые определяются по инструкции диода.

Отличия

У обоих видов элементов электроники во время активного действия не происходит накопительного процесса зарядов и их рассасывания. Основные различия в них обусловлены тем, что для первого характерна малая емкость доли пикофарада, а рассеивание мощности у них составляет от 30 до 40 мВт.

Импульсивный осуществляет деятельность за счет принципа действия Шотки. Для него обусловлен более короткий промежуток времени, необходимый для переключения непроводящего состояние в проводящее и обратно. Падение напряжения при этом всего составляет не более 0,3 вольт.

Следовательно, импульсивный режим работы соответствует для соответствующего диода и он абсолютно не характерен для выпрямительного. Поэтому к первому часто предъявляются самые высокие требования, а ко вторым они разработчиками не предъявляются.

Источник

Чем отличается импульсный диод от выпрямительного

Огромное количество современных электронных устройств используют в своей работе электрические импульсы. Это могут быть слаботочные сигналы или токовые импульсы (что гораздо серьезнее в техническом отношении) в цепях блоков питания и прочих импульсных преобразователей, инверторов и т.д.

А действие импульсов в преобразователях — это всегда критичность к длительности форнтов и спадов, имеющих временные границы примерно того же порядка, что и переходные процессы в электронных компонентах, в частности — в тех же диодах. Поэтому, при использовании в импульсных схемах диодов, следует обязательно принимать во внимание переходные процессы в самих диодах — во время их включения и выключения (во время открывания и закрывания p-n-перехода).

В принципе, чтобы сократить время переключения диода из неповодящего состояния — в проводящее и обратно, в некоторых низковольтных схемах целесообразно прибегать к использованию диодов Шоттки.

Диоды данной технологии отличаются от обычных выпрямительных диодов наличием перехода металл-полупроводник, который хоть и обладает выраженным выпрямительным эффектом, но в то же самое время имеет сравнительно малую проходную емкость перехода, заряд в которой накапливается в настолько некритичных количествах и так быстро рассасывается, что схема с диодами Шоттки может работать на достаточно высокой частоте, когда время переключения имеет порядок единиц наносекунд.

Еще один плюс диодов Шоттки — падение напряженя на их переходе составляет всего около 0,3 вольт. Итак, главное достоинство диодов Шоттки — в них не затрачивается времени на накопление и рассасывание зарядов, быстродействие здесь зависит только от скорости перезаряда небольшой барьерной емкости.

Что касается выпрямительных диодов, то изначальное предназначение данных компонентов вообще не предполагает работу в импульсных режимах. Импульсный режим для выпрямительного диода — это нетипичный, нештатный рижим, поэтому и особо высоких требований к быстродействию выпрямительных диодов разработчиками не предъявляется.

Выпрямительные диоды используются в основном для преобразования низкочастотного переменного тока в постоянный или пульсирующий, где вовсе не требуется малая проходная емкость p-n-перехода и быстродействие, чаще нужны просто большая проводимость и соответственно высокая стойкость к относительно длительному непрерываному току.

Итак, импульсные диоды — это специально разрабатываемые диоды для работы именно в импульсных режимах в высокочастотных цепях. Их принципиальной отличительной особенностью от выпрямительных диодов является кратковременность переходных процессов в силу очень малой емкости p-n-перехода, которая может доходить до единиц пикофарад и быть еще меньше.

Уменьшение емкости p-n-перехода в импульсных диодах достигается путем уменьшения площади перехода. Как следствие, рассеиваемая на корпусе диода мощность не должна быть очень большой, средний ток через переход малой площади не должен превышать максимально допустимого значения, указываемого к документации на диод.

Часто в качестве быстродействующих диодов используют диоды Шоттки, однако они редко отличаются высоким обратным напряжением, поэтому импульсные диоды выделены как отдельный тип диодов.

Источник

Импульсные диоды: параметры, схема, область применения, обозначение, основные технические характеристики

Импульсные диоды: параметры, схема, область применения, обозначение, основные технические характеристики

Само название этих радиокомпонентов говорит о том, что они предназначаются для работы в схемах, где сигнал состоит из импульсов. Такие схемотехнические решения применяются в цифровых устройствах, приборах коммутации, триггерах, высокочастотных генераторах и прочей подобной аппаратуре. По принципу действия импульсный диод практически не отличается от самого простого – выпрямительного. Он точно так же открывается при подаче прямого смещения и закрывается поле смены полярности входящего сигнала.

Между тем, одно существенное отличие в поведении импульсного диода всё же наблюдается. Оно состоит в том, что в отличие от обычного диода элемент этого типа не запирается сразу же после приложения обратной разности потенциалов, а в течение некоторого времени (тысячные доли секунды) остаётся открытым, закрываясь с некоторой задержкой.

В число основных параметров импульсного диода входят следующие:

Импульс обратного тока

Задержка запирания импульсного диода интересна одним эффектом, который выражается в кратковременном увеличении обратного тока. Это обусловлено особыми физико-химическими процессами, протекающими в полупроводниковой структуре импульсного диода. В первые доли секунды при прохождении импульса через p-n-переход происходит инжекция неосновных носителей заряда, которые скапливаются в базе диода. И только после того, как данное скопление рекомбинирует и рассосётся, диод запирается.

Движение неосновных носителей провоцирует возникновение того самого обратного тока, резкое возрастание которого фиксируется при смене полярности входного сигнала. Таким образом, в этот момент возникает классический с точки зрения физики электрический импульс. Его длительность крайне невелика – единицы наносекунд, что и используется в генераторных схемах. Небольшая продолжительность определяется чрезвычайно малой ёмкостью p-n-перехода, которая редко превышает единицы пикофарад.

Как известно, в выпрямительных диодах, для обеспечения их функциональности используются плоскостные p-n-переходы. Их особенность состоит в довольно большой ёмкости. В импульсных же диодах она должна быть как раз небольшой. Поэтому при производстве данных радиодеталей от плоскостной модели p-n-перехода отказались. Эти элементы изготавливают с помощью микросплавных и планарных методов. Последние применяются при производстве интегральных микросхем для цифрового оборудования.

Источник

Импульсные диоды принцип работы. назначение, обозначение. вольт-амперная характеристика. маркировка

универсальные диоды

импульсные диоды

Импульсный диод — диод, предназначенный для работы в высокочастотных импульсных схемах.

Само название этих радиокомпонентов говорит о том, что они предназначаются для работы в схемах, где сигнал состоит из импульсов.

Обычно импульсный диод представляет собой полупроводниковый диод с p-n-переходом, оптимизированный по собственной емкости корпуса, барьерной емкости и имеет малое времени восстановления обратного сопротивления (рассасывания неосновных носителей накопленных в базе диода при прямом токе).

Для уменьшения собственной емкости при изготовлении умышленно уменьшают площадь p-n-перехода (рис 1 ) и для снижения времени жизни неосновных носителей применяют сильно легированные полупроводниковые материалы, например, кремний легируют золотом для снижения времени обратного восстановления, поэтому импульсные диоды имеют невысокие предельные импульсные токи (до сотен мА) и небольшие предельные обратные напряжения (до десятков вольт), а также увеличенные обратные токи.

Также выпускаются импульсные диоды с барьером Шоттки.

Типичная барьерная емкость импульсного диода менее единиц пикофарад и время восстановления обратного сопротивления обычно не более 4 нс.

Лучшими импульсными характеристиками обладают некоторые специальные виды диодов, использующие разнообразные физические эффекты и свойства полупроводников для уменьшения времени переходных процессов, происходящих при переключении диода. К таким диодам в первую очередь относятся: диоды с накоплением заряда, диоды Шоттки, диоды Мотта, p-i-n-диоды.

В общем случае четкой границы для параметров и применимости тех или иных видов полупроводниковых диодов не существует. Например, диоды Шоттки могут применяться и в выпрямителях, и в качестве импульсных ключей, и как детекторные и смесительные диоды диапазона СВЧ. В свою очередь, многие универсальные диоды неплохо работают в импульсных режимах, а диоды СВЧ иногда могут использоваться и в низкочастотных диапазонах.

Обозначение импульсных диодов

Условно-графическое обозначение ( УГО ) импульсных диодов такое же, как у выпрямительных диодов.

Рисунок 1- Условное обозначение диода Шоттки по ГОСТ 2.730-73

Конструкция импульсных диодов

В настоящее время используются точечные и плоскостные конструкции импульсных диодов, технология их изготовления аналогична технологии изготовления обычных выпрямительных диодов.

Подобно другим маломощным выпрямительным диодам импульсные диоды герметизируются в стеклянные, металлостеклянные, металлокерамические и пластмассовые корпусы.

Принцип работ импульсных диодов

Существенное отличие в поведении импульсного диода состоит в том, что в отличие от обычного диода элемент этого типа не запирается сразу же после приложения обратной разности потенциалов, а в течение некоторого времени (тысячные доли секунды) остается открытым, закрываясь с некоторой задержкой. При смене полярности приложенного напряжения диод запирается. Запирание происходит не сразу, сначала происходит резкое увеличение обратного тока, затем, после рассасывания неосновных носителей, восстанавливается высокое сопротивление p-n-перехода и диод запирается.

Параметры импульсных диодов

Для диодов импульсного типа свойственно наличие:

Малых значений предельных импульсных токов (максимально исчисляются в нескольких сотнях мА);

Малых значений предельных обратных напряжений (максимально — десятки вольт).

В число основных параметров импульсного диода входят следующие:

Вольт-амперная характеристика p-n перехода, представляющая зависимость плотности полного тока на границе перехода от напряжения смещения:

, (3.7)

. (3.8)

На практике для реальных полупроводниковых приборов используют вольт-амперную характеристику для полного тока через p-n переход:

(3.9)

При быстром изменении напряжения (тока) на диоде ток (напряжение) через диод в соответствии со статической характеристикой (3.9) устанавливается не сразу, а через некоторое время, обусловленное инерционностью диода. Инерционность диода связана с конечной скоростью установления концентрации неравновесных носителей при внешнем смещении р-n перехода. Поэтому для импульсных диодов наряду с параметрами, определенными из статической вольт-амперной характеристики, вводят еще ряд параметров, характеризующих инерционность диода.
Дополнительной характеристикой является длительность установления прямого напряжения.

Импульс обратного тока

Задержка запирания импульсного диода интересна эффектом, который выражается в кратковременном увеличении обратного тока. Это обусловлено особыми физико-химическими процессами, протекающими в полупроводниковой структуре импульсного диода. В первые доли секунды при прохождении импульса через p-n-переход происходит инжекция неосновных носителей заряда, которые скапливаются в базе диода. И только после того, как данное скопление рекомбинирует и рассосется, диод запирается.

Как известно, в выпрямительных диодах, для обеспечения их функциональности используются плоскостные p-n-переходы. Их особенность состоит в довольно большой емкости. В импульсных же диодах она должна быть как раз небольшой. Поэтому при производстве данных радиодеталей от плоскостной модели p-n-перехода отказались. Эти элементы изготавливают с помощью микросплавных и планарных методов. Последние применяются при производстве интегральных микросхем для цифрового оборудования.

1. tвосст— время восстановления обратного сопротивления при переключении из прямого направления в обратное в момент t1(рис.4.7). В начальный момент после переключения Ua обратный ток намного больше установившегося (3.8) из-за высокой неравновесной концентрации неосновных носителей, оставшихся от прямого смещения. В течение tвосст концентрация неосновных носителей уменьшается, а обратный ток достигает заданного значения (несколько большего, чем из (3.8), как показано на рис.4.7).

2. tуст —время установления прямого сопротивления диода при переключении из обратного направления в прямое в момент t1 (рис.4.8). В начальный момент включения прямого тока величина прямого напряжения (сопротивления) на p-n переходе больше, чем это следует из (3.7), так как концентрация инжектированных (неосновных) носителей еще мала. В течение tуст концентрация инжектированных носителей достигает величины, близкой к установившейся, а прямое напряжение (сопротивление) уменьшается до 1,1Unp , соответствующего статической вольт-амперной характеристике (3.7). Этот процесс еще характеризуют максимальным импульсным прямым напряжением Unp.имп.max.

3. Сд —емкость диода при заданном смещении. Часто Сд измеряется при Uобр= 5 В.

В табл. 4.4 приведены параметры некоторых импульсных диодов. Импульсные диоды выполняются точечными и плоскостными с малой площадью перехода.

Источник