Материал: Описание диода Шоттки, стабилитрона, варикапа и тиристора

Вместе с обратным током на диоде выделяется некоторая мощность, численно равная произведению обратного тока на обратное напряжение. Если эта мощность будет превышена, то возможен пробой p-n перехода, диод превращается в обычный резистор или даже проводник. На обратной ветви ВАХ этой точке соответствует загиб характеристики вниз.

Обычно в справочниках указывается не мощность, а некоторое предельно допустимое обратное напряжение. Примерно так же, как ограничение прямого тока, о котором было сказано чуть выше.

Собственно, зачастую именно эти два параметра, а именно прямой ток и обратное напряжение и являются определяющими факторами при выборе конкретного диода. Это на тот случай, когда диод предназначается для работы на низкой частоте, например, выпрямитель напряжения с частотой промышленной сети 50…60Гц.

Электрическая емкость p-n перехода

При использовании диодов в высокочастотных цепях приходится помнить о том, что p-n переход, подобно конденсатору имеет электрическую емкость, к тому же зависящую от напряжения, приложенного к p-n переходу. Это свойство p-n перехода используется в специальных диодах - варикапах, применяемых для настройки колебательных контуров в приемниках. Наверно, это единственный случай, когда эта емкость используется во благо.

В остальных случаях эта емкость оказывает мешающее воздействие, замедляет переключение диода, снижает его быстродействие. Такая емкость часто называется паразитной.

Рисунок 3. Паразитная емкость

Применение диодов

Не следует думать, что диоды применяются лишь как выпрямительные и детекторные приборы.

Кроме этого можно выделить еще множество их профессий. ВАХ диодов позволяет использовать их там, где требуется нелинейная обработка аналоговых сигналов.

Это преобразователи частоты, логарифмические усилители, детекторы и другие устройства. Диоды в таких устройствах используются либо непосредственно как преобразователь, либо формируют характеристики устройства, будучи включенными в цепь обратной связи.

Широкое применение диоды находят в стабилизированных источниках питания, как источники опорного напряжения (стабилитроны), либо как коммутирующие элементы накопительной катушки индуктивности (импульсные стабилизаторы напряжения).

С помощью диодов очень просто создать ограничители сигнала: два диода включенные встречно - параллельно служат прекрасной защитой входа усилителя, например, микрофонного, от подачи повышенного уровня сигнала.

Кроме перечисленных устройств диоды очень часто используются в коммутаторах сигналов, а также в логических устройствах. Достаточно вспомнить логические операции И, ИЛИ и их сочетания.

Диод Шоттки

Диоды Шоттки имеют очень малое падение напряжения и обладают повышенным быстродействием по сравнению с обычными диодами

Ставить вместо диода Шоттки обычный диод не рекомендуется, обычный диод может быстро выйдет из строя. Обозначается на схемах такой диод -- вот так:

К многочисленному семейству полупроводниковых диодов, названных по фамилиям учёных, которые открыли необычный эффект можно добавить ещё один. Это диод Шоттки.

Немецкий физик Вальтер Шоттка открыл и изучил так называемый барьерный эффект, возникающий при определённой технологии создания p-n перехода.

Он расположен в фокусе всех параболических антенн и играет роль первого гетеродина и преобразователя частоты в системах спутникового телевидения, радиотелескопов и системах приёма телеметрической информации космических систем.

Но вернёмся к диоду Шоттки. На принципиальных схемах диод Шоттки изображается вот так.

Как видим, изображение диода Шоттки несколько отличается от обозначения обычного полупроводникового диода.

У диодов Шоттки есть два положительных качества: весьма малое прямое падение напряжения (0,2-0,4 вольта) и очень высокое быстродействие.

К сожалению, такое малое падение напряжения проявляется при приложенном напряжении не более 50-60 вольт.

При дальнейшем повышении напряжения диод Шоттки ведёт себя как обычный кремниевый выпрямительный диод.

Максимальное обратное напряжение для этих диодов обычно не превышает 250 вольт.

К недостаткам этих диодов Шоттки можно отнести то, что даже при кратковременном превышении обратного напряжения они мгновенно выходят из строя и главное необратимо. В то время как кремниевые силовые вентили после прекращения действия превышенного напряжения прекрасно самовосстанавливаются и продолжают работать. Кроме того обратный ток диодов очень сильно зависит от температуры перехода и на большом обратном токе возникает тепловой пробой.

К положительным качествам диодов Шоттки кроме высокого быстродействия, а, следовательно, малого времени восстановления можно отнести малую ёмкость перехода (барьера), что позволяет повысить рабочую частоту. Это позволяет использовать диоды Шоттки в импульсных выпрямителях на частотах в сотни килогерц. Очень много диодов Шоттки находят своё применение в интегральной микроэлектронике. Выполненные по нано технологии диоды Шоттки входят в состав интегральных схем, где они шунтируют переходы транзисторов для повышения быстродействия.

Применение диодов Шоттки в источниках питания.

Диоды Шоттки активно применяются в блоках питания компьютеров и импульсных стабилизаторах напряжения. Среди низковольтных питающих напряжений самыми сильноточными (десятки ампер) являются напряжения + 3,3 вольта и + 5,0 вольт. Именно в этих вторичных источниках питания и используются диоды Шоттки. Чаще используются сдвоенные диоды с общим катодом. Именно применение сдвоенных диодов может считаться признаком высококачественного и технологичного блока питания.

Стабилитрон

Стабилитрон препятствует превышению напряжения выше определённого порога на конкретном участке схемы. Может выполнять как защитные так и ограничительные функции, работают они только в цепях постоянного тока. При подключении следует соблюдать полярность. Однотипные стабилитроны можно соединять последовательно для повышения стабилизируемого напряжения или образования делителя напряжений.

Стабилитроны на схемах обозначаются следующим образом:

Основным параметром стабилитроном является напряжение стабилизации, стабилитроны имеют различные напряжения стабилизации, например 3в, 5в, 8.2в, 12в, 18в и т.п.

Варикап

Варикап - это полупроводниковый диод, который способен изменять свою ёмкость в зависимости от приложенного обратного напряжения. Варикапы предназначены для применения в качестве элементов с электрически управляемой ёмкостью. Варикапы используются, в основном, в радиоприёмных узлах телевизоров, приёмников и радиотелефонов для настройки на частоту передатчика. Раньше в таких узлах применялись переменныеконденсаторы, которые имели большие габариты и массу, а также другие недостатки. Применение варикапов позволило в разы уменьшить габариты и массу радиоприёмной аппаратуры.

Вольт-фарадная характеристика варикапа - это основная характеристика данного прибора. График этой характеристики приведён на рис. Из графика следует, что чем больше приложенное к варикапу обратное напряжение, тем меньше ёмкость варикапа.

Вольт-фарадная характеристика варикапа.

Основные параметры варикапов:

U_ОБР - заданное обратное напряжение

С_В - номинальная ёмкость, измеренная при заданном обратном напряжении U_ОБР

К_С - коэффициент перекрытия ёмкости, который определяется отношением ёмкостей варикапа при двух значениях обратного напряжения

U_{ОБР.МАКС} - максимально допустимое обратное напряжение

Q_B - добротность, определяемая как отношение реактивного сопротивления варикапа к сопротивлению потерь

Типовая схема включения варикапа в колебательный контур приведена на рис. 9.