Slajd 1

Diody półprzewodnikowe



Diody półprzewodnikowe stosowane w technice mikrofalowej:

 przełączające (impulsowe);
 generacyjne – z ujemną rezystancją w określonym przedziale

charakterystyki U/I

Diody przełączające (impulsowe): Schottky’ego, ładunkowe,
ostrzowe, zwrotne
Diody  ładunkowe  i  ostrzowe  umożliwiają  formowanie  impulsów
prostokątnych  o  bardzo  krótkim  czasie  narastania  i  opadania  –
zastosowanie  szczególnie  w  procesach  przełączania  .  W  układach
impulsowych,  najczęściej spełniają funk-



Diody półprzewodnikowe stosowane w technice mikrofalowej:



przełączające (impulsowe);



generacyjne – z ujemną rezystancją

w określonym przedziale

charakterystyki U/I

Diody przełączające (impulsowe):

Schottky’ego, ładunkowe,

ostrzowe, zwrotne

Diody

ładunkowe i ostrzowe

umożliwiają formowanie impulsów

prostokątnych  o  bardzo  krótkim  czasie  narastania  i  opadania  –
zastosowanie  szczególnie  w  procesach  przełączania  .  W  układach
impulsowych,  najczęściej spełniają funk-

cje

kluczy

przepuszczają-cych
impulsy tylko w jed-
nym kierunku



bardzo

ma-ła rezystancja w
kierunku
przewodzenia, bardzo
duża

kierunku

zaporowym



bezzwłoczna reakcja na
im-pulsy.

Diody przełączające: 1 – zwrotna, 2 – ostrzowa, 3 – Schottky’ego

Diody półprzewodnikowe

Dioda Schottky'ego:

 Dioda półprzewodnikowa, w której w miejsce złącza p-n zastosowano

złącze metal-półprzewodnik.
 Charakteryzuje się małą pojemnością złącza, dzięki czemu typowy czas

przełączania wynosi tylko około 100 ps.
 Diody te – ze względu na małą bezwładność - znajdują zastosowanie w

układach działających przy dużej częstotliwości (do 100 GHz), szczególnie
jako diody mieszające i detekcyjne.

Diody Schottky'ego mają mniejszy spadek napięcia w kierunku
przewodzenia (U

= 0,3 V) niż diody krzemowe (U

= 0,6÷0,7 V).

Zwykle maksymalne napięcie wsteczne jest niewielkie i nie przekracza 100
V; najlepsze właściwości mają w zakresie wstecznym  w zakresie

przewodzenia duże napięcie progowe (mała wartość rezystancji
szeregowej, mały poziom szumów własnych, duża stabilność pracy i
odporność na wstrząsy).

Dioda Schottky'ego:

 Dioda półprzewodnikowa, w której w miejsce złącza p-n zastosowano

złącze metal-półprzewodnik.
 Charakteryzuje się małą pojemnością złącza, dzięki czemu typowy czas

przełączania wynosi tylko około 100 ps.
 Diody te – ze względu na małą bezwładność - znajdują zastosowanie w

układach działających przy dużej częstotliwości (do 100 GHz), szczególnie
jako diody mieszające i detekcyjne.

Diody Schottky'ego mają mniejszy spadek napięcia w kierunku
przewodzenia (U

= 0,3 V) niż diody krzemowe (U

= 0,6÷0,7 V).

Zwykle maksymalne napięcie wsteczne jest niewielkie i nie przekracza 100
V;

najlepsze właściwości mają w zakresie wstecznym



w zakresie

przewodzenia duże napięcie progowe (mała wartość rezystancji
szeregowej, mały poziom szumów własnych, duża stabilność pracy i
odporność na wstrząsy).

Dioda zwrotna:

 Dioda tunelowa (

) o znikomo małym

prądzie szczytu – złacze p+-n+ nieco słabiej
domieszko-wane, poziom Fermiego na
krawędzi pasma za-bronionego.
 Przy polaryzacji w kierunku przewodzenia

nie ma prądu Esakiego (

)

[przepływu

tunelowego

elektronów

pasma

przewodnictwa do pasma walencyjnego],

przy polaryzacji w kierunku wstecznym
raptownie wzrasta tunelowy prąd Zenera.

Diody półprzewodnikowe

Dioda  ładunkowa  -  posiada  trzy  warstwy;  zmiana  rezystancji  w
warstwie  pośred-niej  odbywa  się  gwałtownie  przy  niewielkiej
zmianie  ładunku  między  materiałami  p  i  n.  Umożliwia  to
uformowanie  impulsów  prądu  posiadających  bardzo  strome  zbocza
co pozwala otrzymać wiele częstotliwości harmonicznych przebiegu
podstawowego.

Dioda ładunkowa

- posiada trzy warstwy; zmiana rezystancji w

warstwie  pośred-niej  odbywa  się  gwałtownie  przy  niewielkiej
zmianie  ładunku  między  materiałami  p  i  n.  Umożliwia  to
uformowanie  impulsów  prądu  posiadających  bardzo  strome  zbocza
co pozwala otrzymać wiele częstotliwości harmonicznych przebiegu
podstawowego.

Powielacz z diodą ładunkową

Waraktory – diody wykazujące dużą zależność pojemności złącza p-
n  od  wartości  przyłożonego  napięcia  (w  kierunku  zaporowym).
Posiadają  pojem-ności  rzędu  0,2-20  pF,  są  używane  głównie  w
zakresie  wysokich  częstotliwości,  jak  również  mikrofalowym  (5-
200

GHz);

znajdują

zastosowanie

np.

powiela-czach

częstotliwości.

Waraktory

– diody wykazujące dużą zależność pojemności złącza p-

n  od  wartości  przyłożonego  napięcia  (w  kierunku  zaporowym).
Posiadają  pojem-ności  rzędu  0,2-20  pF,  są  używane  głównie  w
zakresie  wysokich  częstotliwości,  jak  również  mikrofalowym  (5-
200

GHz);

znajdują

zastosowanie

np.

powiela-czach

częstotliwości.

Dioda

jest

stosowana

powielaczach częs-
totliwości

dla

zakresu bwcz.

Diody półprzewodnikowe

Dioda tunelowa (Esakiego) - dioda półprzewodnikowa, która dla
pewnego zakresu napięć polaryzujących charakteryzuje się ujemną
rezystancją dynamiczną.

Dioda tunelowa

(Esakiego) - dioda półprzewodnikowa, która dla

pewnego zakresu napięć polaryzujących charakteryzuje się ujemną
rezystancją dynamiczną.

Charakterystyka I-U diody tunelowej

Schemat generatora z diodą tunelowa

Wzmacniacz i heterodyna z diodą tunelową

Diody półprzewodnikowe

Dioda  Gunna  -  dioda  półprzewodnikowa  stosowana  w  układach
elektronicznych o bardzo wysokich częstotliwościach pracy.
Efekt  Gunna  –  polega  na  wzbudzeniu  się  oscylacji  elektrycznych  w
niektórych  półprzewodnikach    (GaAs,  GaP)  typu  n.  Wynika  z
powstania  ujemnej  rezystancji  dynamicznej  wywołanej  między
dolinowymi  przejściami  elektronów  w  paśmie  przewodnictwa  pod
wpływem odpowiednio dużych pól elektrycznych.
Diody  Gunna  wykonane  z  arsenku  galu  mogą  pracować  do
częstotliwości 200 GHz, natomiast z azotku galu działają nawet do
3 THz

Dioda Gunna

- dioda półprzewodnikowa stosowana w układach

elektronicznych o bardzo wysokich częstotliwościach pracy.
Efekt  Gunna  –  polega  na  wzbudzeniu  się  oscylacji  elektrycznych  w
niektórych  półprzewodnikach    (GaAs,  GaP)  typu  n.  Wynika  z
powstania  ujemnej  rezystancji  dynamicznej  wywołanej  między
dolinowymi  przejściami  elektronów  w  paśmie  przewodnictwa  pod
wpływem odpowiednio dużych pól elektrycznych.
Diody  Gunna  wykonane  z  arsenku  galu  mogą  pracować  do
częstotliwości 200 GHz, natomiast z azotku galu działają nawet do
3 THz

Diody półprzewodnikowe

• Posiada małą rezystancję w kierunku przewodzenia i małą

pojemność w kierun-ku zaporowym.

• Charakteryzuje się niskim tłumieniem gdy jest załączana, a

wysokim tłumieniem kiedy nie przewodzi.

• Dioda ta funkcjonuje jak rezystor dla wysokich częstotliwości.
• Rezystancja diody PIN w kierunku przewodzenia może się zmieniać

od 1 do 10 000  w zależności od polaryzacji. Stosowana jest w

tłumikach sterowanych prądowo.

•

Posiada małą rezystancję w kierunku przewodzenia i małą

pojemność w kierun-ku zaporowym.

•

Charakteryzuje się niskim tłumieniem gdy jest załączana, a

wysokim tłumieniem kiedy nie przewodzi.

•

Dioda ta funkcjonuje jak rezystor dla wysokich częstotliwości.

•

Rezystancja diody PIN w kierunku przewodzenia może się zmieniać

od 1 do 10 000  w zależności od polaryzacji. Stosowana jest w

tłumikach sterowanych prądowo.

Diody PIN - elementy o zmiennej impedancji stosowane w układach
elektronicznych  bardzo  wielkich  częstotliwości.  Dioda  PIN  posiada
wbudowaną  warstwę  wewnętrzną  „i”  (w  idealnym  przypadku
warstwa  półprzewodnika  samoistnego),  która  znajduje  się  miedzy
obszarem materiału P i materiału N.

Diody PIN

- elementy o zmiennej impedancji stosowane w układach

elektronicznych  bardzo  wielkich  częstotliwości.  Dioda  PIN  posiada
wbudowaną  warstwę  wewnętrzną  „i”  (w  idealnym  przypadku
warstwa  półprzewodnika  samoistnego),  która  znajduje  się  miedzy
obszarem materiału P i materiału N.

Mikrofalowe układy elektroniczne

Układy mikrofalowe
• mieszacze, detektory, prostowniki
• wzmacniacze
• generatory
• powielacze
• przełączniki

Układy mikrofalowe

•

mieszacze, detektory, prostowniki

•

wzmacniacze

•

generatory

•

powielacze

•

przełączniki

Prostownik

Detektor

Mieszacz

Document Outline