Опишите принцип работы импульсных диодов, приведите схемы включения.

Импульсные диоды. Импульсные диоды имеют малую длительность переходных процессов и предназначены для работы в цепях с импульсными токами и напряжениями, а также в цифровой электронике. От выпрямительных диодов они отличаются малыми емкостями р-п- перехода (доли пикофарад) и рядом параметров, определяющих переходные характеристики диода. Уменьшение емкостей достигается за счет уменьшения площади р-п- перехода, поэтому допустимые мощности рассе­яния у них невелики (30¸40 мВт).

Основные параметры импульсных диодов:

1. Общая емкость диода С _Д (доли пФ - несколько пФ).

2. Максимальное импульсное прямое напряжение U _{пр.и.макс}. 

3. Максимально допустимый импульсный ток I _{пр.и.макс}.

4. Время установления прямого напряжения диода t _уст- интервал времени от момента подачи импульса прямого тока на диод до достижения заданного значения прямого напряжения на нем - зависит от скорости движения внутрь базы инжек­тированных через переход неосновных носителей заряда, в ре­зультате которого наблюдается уменьшение ее сопротивления (доли нс - доли мкс).

5. Время восстановления обратного сопротивления диода
t _вост - интервал времени, прошедший с момента прохождения
тока через нуль (после изменения полярности приложенного
напряжения) до момента, когда обратный ток достигнет
заданного малого значения (порядка 0,1 I, где I - ток при
прямом напряжении (t _вост имеет значения от долей наносекунд до долей микросекунд).

В цифровой электронике импульсные диоды используются в схемах электронных диодных ключей. На рис. 3.11 представлены две схемы, которые реализуют логические функции «2-И» и «2-ИЛИ». Поскольку входными сигналами здесь являются импульсы с крутыми фронтами, диоды должны иметь достаточно малые времена установления прямого напряжения и восстановления обратного сопротивления.

Схема «2-И» на рис. 3.11 а часто используется как электронный ключ, предназначенный для управления передачей последовательностей однополярных импульсов напряжения от источника (например, генератора периодических импульсов) к потребителю (например, на вход какого-либо счетчика импульсов). Для этого один из входов схемы «2-И» используют в качестве управляющего, а на другой подают передаваемую последовательность импульсов. Управляющий сигнал (например, U ₂) должен быть двухуровневым: нижний уровень – 0 В, напряжение верхнего уровня соответствует амплитуде передаваемых импульсов.

При подаче на управляющий вход сигнала низкого уровня, U ₂ = 0, через сопротивление R и диод Д₂ потечет ток, причем почти все напряжение Е _пит будет падать на сопротивлении R. Следовательно, потенциал узла А (соответствующий напряжению U _вых) будет выше нуля лишь на малую величину прямого падения напряжения на диоде Д₂. Очевидно, что этот потенциал заметным образом не изменится при низком уровне передаваемого сигнала, U ₁ = 0. Но он останется таким же и при высоком уровне U ₁, поскольку в такой ситуации диод Д₁ будет заперт отрицательным падением напряжения на диоде.

Если на управляющий вход будет подан сигнал высокого уровня, то напряжение на выходе рассматриваемой схемы будет определяться напряжением передаваемого сигнала (т.е., передаваемый сигнал будет «проходить» без заметных изменений с входа схемы на его выход).

 

 

Рис. 3.11. Схемы диодных ключей, реализующих логические функции «2-И» (схема а) и «2-ИЛИ» (схема б)

 

Схема «2-ИЛИ» (рис. 3.11 б) может быть использована в тех случаях, когда необходимо наложить друг на друга импульсные однополярные сигналы U ₁ и U ₂ от двух независимых источников, подавая их на один и тот же вход какого-либо цифрового устройства. Если выходы источников не развязать друг от друга диодами Д₁ и Д₂, может произойти недопустимая перегрузка одного из источников при несовпадении уровней сигналов U ₁ и U ₂ на их выходах.

Нарисуйте схемы замещения полупроводникового диода, определенные в рамках его линеаризированной статической модели для прямой и обратной ветвей ВАХ, а также для области пробоя. Выпишите уравнения, соответствующие этим схемам замещения.

График такой ВАХ представлен на рис. 3.2 (сплошная линия). В зависимости от диапазона изменения напряжений между выводами диода, он может быть описан тремя линейными моделями, представленными на рисунках 3.3-3.5. 

 

 

 

На рис. 3.3 показана статическая модель диода, которая приближенно описывает координаты точек реальной ВАХ диода, лежащие (см. рис. 3.2) правее вертикали U _д = U ₀.

 

 

Рис. 3.3. Линейная модель диода для диапазона напряжений                           на диоде U _д ³ U ₀

 

Здесь на рис. 3.3 буквами А и К обозначены соответственно анодный и катодный выводы диода. Параметрами модели являются r _дин и U ₀, где (согласно рис. 3.2)

.                                           (3.8)

В указанном диапазоне напряжений линейная модель диода представляется также аналитической зависимостью между током диода и напряжением на его выводах. Она имеет следующий вид:

.                                   (3.9)

В диапазоне напряжений U _проб < U _д < U ₀ линейная модель (показанная на рис. 3.3) уже не может даже приближенно описывать координаты точек реальной ВАХ. Поэтому для аппроксимации этого участка ВАХ используют другую приближенную зависимость между током диода и напряжением на его выводах:   

.                            (3.10)

Здесь I ₀ определяется токовой координатой точки пересечения аппроксимирующей прямой с вертикальной осью системы координат, а r _утеч – равенством:

.                                          (3.11)

Кроме аналитической зависимости (3.16), линейная модель диода для диапазона напряжений U _проб £ U _д < U ₀ представляется схемой, показанной на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Линейная модель диода для диапазона напряжений                       на диоде U _проб £ U _д < U ₀ 

 

Область пробоя р-п- перехода диода на его реальной ВАХ аппроксимируется моделью, показанной на рис. 3.5.

 

 

Рис. 3.5. Линейная модель диода для области пробоя его р-п -перехода       (U _д< U _проб) 

 

Схеме, представленной на рис. 3.5, соответствует равенство

,                                 (3.12)

где (согласно указаниям рис. 3.2)

,                                          (3.13)

а величина U _проб определяет координату пересечения аппроксимирующей прямой с осью напряжений (см. рис. 3.2).