ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ

Общие сведения

Полупроводниковым диодом называется полупроводниковый прибор, содержащий один электрический переход с двумя выводами  для подключения во внешнюю цепь.

Диод—двухполюсный элемент. Один его электрод называется анодом, другой – катодом. В качестве электрического перехода в полупроводниковых диодах, как правило, используются электронно-дырочный переход или переход Шоттки, т.е. выпрямляющий контакт между металлом и полупроводником.

На практике применение диодов основывается на том или ином свойстве выпрямляющего электрического перехода. Важное свойство полупроводниковых диодов — односторонняя проводимость — широко применяется в устройствах выпрямления, ограничения и преобразования электрических сигналов. Изменение барьерной емкости p-n перехода под действием обратного напряжения используется в приборах, получивших название варикапы. Явление обратимого электрического пробоя p-n перехода исполь­зуется в приборах для стабилизации напряжения. Эти приборы называются стабилитронами.

Полупроводниковые диоды образуют многочисленные типы и группы. Их можно классифицировать по различным признакам:

¾     по основному полупроводниковому материалу (германиевые, кремниевые, на основе соединений галлия или индия и т.д.);

¾     по конструктивно-технологическим особенностям (плоскостные, точечные, сплавные, диффузионные и др.);

¾     физическим процессам, на использовании которых основана работа диода: туннельные, лавинно-пролетные, фотодиоды, светодиоды. диоды Ганна и др.

Однако основным признаком для классификации служит назначение прибора: выпрямительные, универсальные, стабилитроны, варикапы, детекторные, параметрические, смесительные, импульсные, СВЧ-диоды  и другие типы диодов, некоторые из которых с их основными характеристиками и условно-графическими обозначениями (УГО) по ОСТ 11 336. 038-77 приведены в таблице 1.5.

В электрических схемах полупроводниковые диоды принято обозначать как VD1, VD2 и т.д.

В основу полной системы обозначений полупроводниковых диодов (их маркировке) положен буквенно-цифровой код в соответствии с ГОСТ 10862-72. Подробная расшифровка этого кода приведена в Приложении 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.5- Основные типы полупроводниковых диодов

Наименование	УГО	Основная характеристика
Диод Общее обозначение       Стабилитрон односторонний           Стабилитрон двухсторонний             Варикап               Диод светоизлучающий       Фотодиод       Оптрон диодный	или

 

Выпрямительные диоды

Выпрямительными обычно называют диоды, предназначенные для преобразования переменного напряжения промышленной час­тоты (50 или 400 Гц) в постоянное. Основой диода является обыч­ный p-n переход. В практических случаях p-n переход диода имеет достаточную площадь для того, чтобы обеспечить большой прямой ток. Для получения больших обратных (пробивных) напряжений ди­од обычно выполняется из высокоомного материала.

Основными параметрами, характеризующими выпрямительные диоды, являются (рисунок 1.13):

- максимальный прямой ток I_{пр max};

- падение напряжения на диоде при заданном значении прямого тока I_пр (U_пр » 0.3...0,7 В для германиевых диодов и U_пр » 0,8...1,2 В -для кремниевых);

- максимально допустимое постоянное обратное напряже­ние диода

U_{обр max} ;

- обратный ток I_обр при заданном обратном напряжении U_обр (значе­ние обратного тока германиевых диодов на два -три порядка боль­ше, чем у кремниевых);

- барьерная емкость диода при подаче на него обратного напря­жения некоторой величины;

- диапазон частот, в котором возможна работа диода без суще­ственного снижения выпрямленного тока;

- рабочий диапазон температур (германиевые диоды работают в диапазоне -60...+70°С, кремниевые - в диапазоне -60...+150°С, что объясняется малыми обратными токами кремниевых диодов).

Рисунок 1.13- ВАХ и параметры выпрямительных диодов

Выпрямительные диоды обычно подразделяются на диоды малой, средней и большой мощности, рассчитанные на выпрямленный ток до 0,3 А и от 0,3 до 10 А и свыше 10 А соответственно.

Для работы на высоких напряжениях (до 1500 В) предназначены выпрямительные столбы, представляющие собой последова­тельно соединенные  p-n переходы, конструктивно объединенные в одном корпусе. Выпускаются также выпрямительные матрицы и блоки, имеющие в одном корпусе по четыре или восемь диодов, соединенные по мостовой схеме выпрямителя и имеющие I_{пр max} до 1 А и U_{o6p max} до 600 В.

При протекании больших прямых токов I_пр и определенном падении напряжения на диоде U_пp B нем выделяется большая мощность. Для отвода данной мощности диод должен иметь большие размеры p-n перехода, корпуса и выводов. Для улучшения теплоотвода ис­пользуются радиаторы или различные способы принудительного охлаждения (воздушное или даже водяное).

Среди выпрямительных диодов следует выделить особо диод с барьером Шоттки. Этот диод характеризуется высоким быстродейст­вием и малым падением напряжения (U_пp < 0,6 В). К недостаткам ди­ода следует отнести малое пробивное напряжение и большие об­ратные токи.

 

Стабилитроны и стабисторы

Стабилитроном называется полупроводниковый диод, на обратной ветви ВАХ которого имеется участок с сильной зависимостью тока от напряжения (рисунок 1.14), т.е. с большим значением крутиз­ны DI/DU (DI= I_{cт max} - I_{ст min}).  Если такой участок соответствует прямой ветви ВАХ, то прибор называется стабистором.

Рисунок 1.14- ВАХ и параметры стабилитрона

Стабилитроны используются для создания стабилизаторов напряжения.

Напряжение стабилизации U_ст равно напряжению электрического (лавинного) пробоя p-n перехода при некотором заданном токе стабилизации I_ст (рисунок 1.14). Стабилизирующие свойства ха­рактеризуются дифферен­циальным сопротивлением стабилитрона r_д = DU/DI, которое должно быть возможно меньше.

К параметрам стабилитрона относятся: напряжение стабилизации U_cт, минимальный и максимальный токи стабилизации I_{ст min}  I_{ст max}.

Промышленностью выпускаются стабилитроны с параметрами: U_cт от 1,5 до 180 В, токи стабилизации от 0,5 мА до 1,4 А.

Выпускаются также двуханодные стабилитроны, служащие для стабилизации разнополярных напряжений и представляющие собой встречно включенные p-n переходы.

 

Варикапы

Варикапом называется полупроводниковый диод, используемый в качестве электрически управляемой емкости с достаточно высокой добротностью в диапазоне рабочих частот. В нем исполь­зуется свойство p-n-перехода изменять барьерную емкость под действием внешнего напряжения (рисунок 1.15).

Основные параметры варикапа: номинальная емкость С_Н при заданном номинальным напряжением U_Н (обычно 4 В ), максимальное обратное напря- жение U_{обр max} и добротность Q.

Для увеличения добротности варикапа используют барьер Шоттки; эти варикапы имеют малое сопротивление потерь, так как в качестве одного из слоев диода  используется металл.

Рисунок 1.15 Зависимость емкости варикапа от напряжения.

 

Основное применение варикапов - электрическая перестройка частоты колебательных контуров. В настоящее время существует несколько разновидностей варикапов, применяемых в различных устройствах непрерывного действия. Это параметрические диоды, предназначенные для усиления и генерации СВЧ-сигналов, и умножительные диоды, предназначенные для умножения частоты в широком диапазоне частот. Иногда в умножительных диодах ис­пользуется и диффузионная емкость.

 

Универсальные и импульсные диоды

Они применяются для преобразования высокочастотных и им­пульсных сигналов. В данных диодах необходимо обеспечить мини­мальные значения реактивных параметров, что достигается благо­даря специальным конструктивно-технологическим мерам.

Одна из основных причин инерционности полупроводниковых диодов связана с диффузионной емкостью. Для уменьшения времени жизни t используется легирование материала (например, золотом), что создает много ловушечных уровней в за­прещенной зоне, увеличивающих скорость рекомбинации и следовательно уменьшается С_диф.

Разновидностью универсальных диодов является диод с короткой базой. В таком диоде протяженность базы меньше диффузион­ной длины неосновных носителей. Следовательно, диффузионная емкость будет определяться не временем жизни неосновных носителей в базе, а фактическим меньшим временем нахождения (временем пролета). Однако осуществить уменьшение толщины базы при большой площади p-n перехода технологически очень сложно. Поэтому изготовляемые диоды с короткой базой при малой площади являются маломощными.

Разновидностью импульсных диодов являются диоды с накоп­лением заряда (ДНЗ) или диоды с резким восстановлением обрат­ного тока (сопротивления). Импульс обратного тока в этих диодах имеет почти прямоугольную форму (рисунок 1.16). При этом значение t₁ может быть значительным, но t₂ должно быть чрезвычайно малым для использования ДНЗ в быстродействующих импульсных устройствах.

Получение малой длительности t₂ связано с созданием внутреннего поля в базе около обедненного слоя p-n-перехода путем неравномерного распре­деления примеси. Это поле является тормозящим для носителей, пришед­ших через обедненный слой при пря­мом напряжении, и поэтому препятст­вует уходу инжектированных носителей от границы обедненного слоя, заставляя     их компактнее концентрироваться зи  грани­цы. При подаче на диод обратного    напряжения (как и в обычном диоде)  происходит рассасывание накопленного в базе заряда, но при этом внутреннее электрическое поле уже будет способство­вать дрейфу неосновных носителей к обедненному слою перехо­да. В момент t₁, когда концентрация избыточных носителей на границах перехода спадает до нуля, оставшийся избыточный за­ряд неосновных носителей в базе становится очень малым, а, следовательно, оказывается малым и время t₂ спадания обратно­го тока до значения I₀.

Рисунок 1.16 Временные диаграммы тока через импульсный диод.

 

1.10 P-I-N – ДИОДЫ

Общие сведения

В 60-е годы началось широкое продвижение полупроводниковой электроники в СВЧ диапазон. Первоначально управление амплитудой СВЧ сигналов пытались осуществлять с помощью имевшихся смесительных и выпрямительных диодов СВЧ. Естественно, что эффективность приборов была при этом крайне низкой. Положение резко изменилось с появлением специально разработанных коммутационных p-i-n-диодов.

В настоящее время широко применяются диоды с p-i-n-структурой, в которой две сильнолегированные области p- и n-типа разделены достаточно широкой областью с проводимостью, близкой к собственной (i-область). Наиболее простой вид такой структуры показан на рисунке 1.17. Заряды донорных и акцепторных ионов расположены вблизи границ i-области. Распределение электричес­кого поля в ней в идеальном случае можно считать однородным (в отличие от обычного p-n перехода). Таким образом, i-область с низ­кой концентрацией носителей заряда, но обладающей диэлектриче­ской проницаемостью можно принять за конденсатор, «обкладками» которого являются узкие (из-за большой концентрации носителей в p- и n-областях) слои зарядов доноров и акцепторов. Барьерная ем­кость p-i-n диода определяется размерами i-слоя и при достаточно широкой области от приложенного постоянного напряжения прак­тически не зависит.

Рисунок 1.17 – Структура p-i-n-диода

 

В качестве высокочастотных универсальных используются структуры с барьерами Шоттки и Мотта. В этих приборах процессы прямой проводимости определяются только основными носителями заряда. Таким образом, у рассматриваемых диодов отсутствует диффузионная емкость, связанная с накоплением и рассасы­ванием носителей заряда в базе, что и определяет их хорошие вы­сокочастотные свойства.

Отличие барьера Мотта от барьера Шоттки состоит в том, что тон­кий i-слой создан между металлом М и сильно легированным полу­проводником n⁺, так что получается структура М-i-n. В высокоомном i-слое падает все приложенное к диоду напряжение, поэтому толщи­на обедненного слоя в n⁺-области очень мала и не зависит от напря­жения. И поэтому барьерная емкость практически не зависит от на­пряжения и сопротивления базы.

Наибольшую рабочую частоту имеют диоды с барьером Мотта и Шоттки, которые в отличие от p-n-перехода почти не накаплива­ют неосновных

носителей заряда в базе диода при прохождении прямого тока и поэтому имеют малое время восстановления t_ВОСТ (около 100 пс).

 

Принцип работы p-i-n-диодов

Высокоомная внутренняя i-область p-i-n-диода имеет обычно толщину от единиц до стен микрометров, а концентрация носителей заряда в ней составляет примерно 10¹³ см^-3. Если источник внешнего постоянного напряжения подключить положительным полюсом к слою р+, а отрицательным к слою n+, то в i-слое будет увеличиваться концентрация электронов и дырок из-за инжекции дырок из р+-области и аккумуляции электронов в n-области. При этом концентрация инжектированных носителей будет составлять от 10¹⁶ до 10¹⁷ см-3. Через структуру будет протекать постоянный ток I₀ прямого направления. Обычно плотность тока составляет около 10 А/см². При обратном смещении количество носителей в i-слое будет падать относительно начального значения (10¹³ см^-3) примерно на порядок. Таким образом, количество носителей в i-слое при переходе от режима прямого тока (прямого смещения) к режиму обратного смещения меняется на четыре порядка. Примерно так же меняется и проводимость i-слоя.

Вольт-амперная характеристика p-i-n-диода, снятая на постоянном токе и показанная на рисунке 1.18, качественно не отличается от вольт-амперной характеристики p-n-диода.

Главная особенность работы p-i-n диода состоит в том, что при прямом смещении одновременно происходит инжекция дырок из p-области и электронов из n-области в i-область. При этом его прямое со­противление резко падает. При обратном напряжении происходит экстракция носителей из i-области в соседние области. Уменьшение концентрации приводит к дополнительному возрастанию сопротив­ления i области по сравнению с равновесным состоянием. Поэтому для  p-i-n диода характерно очень большое отношение прямого и об­ратного сопротивлений, что при использовании их в переклю­чательных режимах.

Рисунок 1.18 – Вольт-амперная характеристика p-i-n-диода

 

Таким образом p-i-n-диод представляет собой инерционную нелинейность. Механизм воздействия на диод напряжения СВЧ принципиально отличается от воздействия постоянного напряжения или переменного напряжения сравнительно низких частот. При воздействии на диод прямого постоянного тока I₀ в i-слое появляется накопленный заряд

                          ,                                                              (1.30)

где  – время жизни носителей заряда.

При параллельном включении диода в передающую линию в нем будет протекать ток СВЧ I_m, эффективное значение которого равно

                                              I_m=,                                                     (1.31)

где   Р – мощность генератора;

        z₀ – волноводное сопротивление линии передачи.

 

Влияние тока СВЧ на накопленный заряд, т.е. на проводимость диода, много слабее, чем влияние постоянного тока. Этот эффект объясняется тем, что изменение заряда, происходящее в положительный полупериод тока СВЧ, много меньше накопленного заряда, определяемого по формуле (1.1). При отрицательных полупериодах СВЧ сигналов, когда ток через диод должен был бы отсутствовать (в соответствии с рисунком 1.2), изменение накопленного заряда и соответственно проводимости диода также оказывается незначительным.

С увеличением времени жизни носителей заряда и повышением частоты колебаний СВЧ сигналов, разница в воздействии на проводимость диода постоянного и СВЧ токов возрастает. Изменение накопленного заряда во времени t при одновременном воздействии на диод постоянного прямого тока и тока СВЧ с амплитудным значением I_m и угловой частотой  может быть выражено как

                                                                             (1.32)

 

При нулевом или отрицательном смещении низкая проводимость диода, ввиду его инерционности, сохраняется при сравнительно больших амплитудах СВЧ сигнала. Короткие положительные импульсы напряжения продолжительностью менее половины периода СВЧ колебаний (в соответствии с рисунком 1.2) недостаточны для изменения проводимости диода. Таким образом, для СВЧ сигналов p-i-n-диод в первом приближении может рассматриваться как стационарный линейный двухполюсник, причем как в режиме прямого, так и в режиме обратного смещений.

 

Параметры p-i-n-диодов

Рассмотрим характерные параметры и режимы работы некоторых типов
p-i-n-диодов.

Для диодов, предназначенных для коммутации СВЧ сигналов большого уровня мощности в дециметровом диапазоне длин волн, характерен сравнительно большой объем i-слоя и время жизни носителей заряда около 5·10^-6 с. При прямом токе, равном 0,1 А, накопленный заряд в соответствии с формулой (1.1) составляет 0,5·10^-6 Кл. При частоте колебаний 1 ГГц и токе 50 А заряд, переносимый в течение положительного полупериода, составляет 25·10^-9 Кл, т. е.  в 20 раз меньше заряда, накопленного под воздействием постоянного тока, который в основном и определяет низкое сопротивление диода. При обратном напряжении смещения, равном примерно 100 В, диод сохраняет высокое сопротивление при воздействии сигналов СВЧ той же частоты с амплитудой 500 В и более.

Для диодов, предназначенных для коммутации СВЧ сигналов малого уровня мощности в широком диапазоне длин волн, характерен малый объем
i-слоя и время жизни носителей заряда примерно 3·10^-8с. При прямом постоянном смешении, равном 3·10^-3А, накопленный заряд составляет около
10^-10 Кл. При токе СВЧ, равном 0,2 А, и частоте 20 ГГц заряд переносимый во время положительного полупериода колебаний, будет как и в предыдущем примере, в 20 раз меньше заряда, накопленного под воздействием постоянного тока. Таким образом, при прямом и обратном смещениях p-i-n-диод с достаточной степенью точности может рассматриваться как линейный, пассивный двухполюсник.

При значительном увеличении СВЧ тока или снижении частоты колебаний в p-i-n-диодах может наблюдаться изменение проводимости диода под влиянием СВЧ сигналов, а также эффекты детектирования. Эти явления, с одной стороны являются недостатком т.к. снижают значение коммутируемой мощности СВЧ сигнала, а с другой стороны, полезны при построении полупроводниковых ограничителей СВЧ.

Эквивалентная схема p-i-n-диода (корпусного и бескорпусного)  на СВЧ имеет вид в соответствии с рисунком 1.19. На этой схеме С – емкость p-i-n-структуры, r_s – сопротивление потерь в сильнолегированных областях, омических контактах и выводах диода, L – индуктивность выводов диода, R_i – сопротивление i-слоя, C_k – емкость керамического или стеклянного корпуса диода.

корпусной	бескорпусной	бескорпусной в режиме прямого смещения	бескорпусной в режиме обратного смещения (параллельная схема)	бескорпусной в режиме обратного смещения (последовательная схема)

Рисунок 1.19 – Эквивалентная схема p-i-n-диода

 

Сопротивление r_s составляет от десятых долей до нескольких ом и уменьшается в режиме обратного смещения с возрастанием напряжения смещения. В режиме прямого смещения сопротивление i-слоя не превышает  0,3 Ом для мощных диодов с большой площадью структуры и равно нескольким омам для маломощных диодов. Это сопротивление остается примерно постоянным в диапазоне частот, верхняя граница которого определяется величиной скин-слоя. Для упомянутых выше концентраций носителей в режиме прямого смещения удельное сопротивление i-слоя составляет около 1 Ом·см, при этом толщина скин-слоя на частоте 3 ГГц настолько мала, что для диодов с диаметром 0,5 мм и меньше скин-эффект не вызывает значительного увеличения сопротивления i-слоя в режиме прямого тока.

Сопротивление i-слоя в режиме прямого смещения

                                    ,                                                       (1.33)

где  - подвижность электронов и дырок (принята одинаковой);

      w - толщина i-слоя.

Следует отметить, что сопротивление i-слоя при обратном (или нулевом) смещении определяется остаточной концентрацией носителей заряда, и будет расти при повышении обратного напряжения.

Емкость i-слоя практически не зависит от режима работы p-i-n-диода. Для мощных диодов с большой площадью S она достигает значения 3 пФ; для современных поверхностно-ориентированных p-i-n-диодов емкость i-слоя очень мала и составляет менее 0,01 пФ.

В режиме прямого смещения эквивалентная схема бескорпусного p-i-n-диода в соответствии с рисунком 1.19 представляет собой активное сопротивление r₊ или проводимость g₊. В режиме обратного смещения проводимость p-i-n-диода

                                 ,                            (1.34)

            где1/R–проводимостьi-слоя;
 – проводимость, вносимая последовательным сопротивлением r_s;

           – емкостная проводимость структуры.

Приведенное выражение справедливо при условии , которое выполняется в сантиметровом диапазоне длин волн и большей части дециметрового диапазона для практически используемых диодов, включая диоды с малыми емкостями. Параллельная схема замещения диода в режиме обратного смещения в соответствии с рисунком 1.19 удобна для расчетов параметров схем коммутационных устройств и широко используется в настоящее время.

Параметры диода в режиме обратного смещения могут быть также представлены последовательной схемой замещения. В этом случае сопротивление диода

                     ,                                       (1.36)

 

где  – сопротивление, вносимое потерями в i-слое;

            – емкостное сопротивление i-слоя.

 

Приведенное выражение справедливо при выполнении условия . Последовательная схема замещения диода применяется в основном в справочной литературе при описании параметров диодов.

Используя такие параметры диода, как емкость i-слоя С и активные сопротивления диода при прямом и обратном смещении r₊ и r_- , можно записать выражение для критической частоты диода

          (1.37)

Критической частотой называется частота, на которой емкостное сопротивление структуры диода численно равно среднему геометрическому значению активных сопротивлений диода при прямом токе и обратном смещении. Критическая частота является одним из важнейших параметров и определяет эффективность диодов при их применении в коммутационных устройствах СВЧ.

Другим параметром, определяющим эффективность диода, является качество диода

,                (1.38)

где  и  – потери запирания и пропускания выключателя, в котором используется диод;

                 f – рабочая частота.

 

Когда в диоде, эквивалентная схема которого имеет вид в соответствии с рисунком 1.19 (бескорпусной), в режиме обратного смещения преобладают потери в параллельной ветви (в сопротивлении i-слоя), потерями в сопротивлении r_з можно пренебречь. В этом случае формулы для определения критической частоты (1.7) и качества (1.8) диода будут иметь вид

                                           ,                                                    (1.39)

                                             .                                                         (1.40)

Необходимо обратить внимание, что соотношение потерь запирания и пропускания выключателя, связанное с качеством диода, согласно (1.8) не зависит от схемы включения диода в передающую линию, волноводного сопротивления линии и т. д. Влияние индуктивности выводов диода и его полной емкости на параметры коммутационных схем будет рассмотрено ниже.

Наиболее часто в системе параметров p-i-n-диодов содержится критическая частота, емкость и СВЧ сопротивление диода при определенном значении прямого тока. Активное сопротивление диода при отрицательном смещении находят из (1.37). Такой выбор системы параметров связан с тем, что сопротивление r₊, определять значительно проще, чем r_–.

Следующим важнейшим параметром диода является пробивное напряжение U_пр, которое определяет максимальную мощность радиоимпульсов при уменьшении их длительности до нуля, т.е. если имеется электрический, а не тепловой пробой диода. Сумма отрицательного постоянного смещения и амплитуды отрицательного напряжения СВЧ сигнала, приложенных к диоду, не должна превышать U_пр. В некоторых источниках к выбору соотношения рабочего и пробивного напряжений рекомендуют подходить более осторожно. Так амплитуду СВЧ сигнала рекомендуют выбирать вдвое меньше приведенной выше, что позволяет повысить надежность работы диодов за счет уменьшения мощности падающей волны в четыре раза.

 В систему параметров диодов входят и  тепловые характеристики: максимальная рассеиваемая мощность P_{рас. макс} , тепловое сопротивление диода R_T, теплоемкость структуры диода С_Т и тепловая постоянная времени структуры диода .

Ограничительные p-i-n-диоды

Характерной особенностью ограничительных p-i-n-диодов является значительное увеличение активной и емкостной составляющих проводимости при увеличении падающей мощности СВЧ сигнала (или, точнее, приложенного к диоду напряжения) выше порога ограничения. Увеличению проводимости диода способствует появление постоянной составляющей тока, которая играет роль постоянного тока в p-i-n-диодах, предназначенных для коммутации СВЧ сигналов. Уровень нормальной работы (уровень ограничения) ограничительных диодов зависит от толщины i-слоя и может принимать значения от нескольких милливатт до сотен ватт.

 Сопротивление p-i-n-структуры определяется выражением

                                               ,                                           (1.41)

где D – коэффициент диффузии;

        I – амплитуда тока СВЧ, протекающего через i-слой;

       – отношение заряда к произведению постоянной Больцмана на температуру кристалла в Кельвинах ();

      w – толщина i-слоя;

      ω – угловая частота.

При СВЧ токе, равном 10 А, сопротивление i-слоя составляет доли Ома. Диоды СВЧ, разрабатываемые специально для ограничения СВЧ сигналов, имеют параметры, очень близкие к параметрам коммутационных диодов.

Эквивалентные схемы ограничительных диодов представляют собой активное сопротивление rв при работе диода в режиме больших уровней (напряжений) СВЧ сигналов и последовательную цепь, состоящую из емкости C и сопротивления rн при работе диода в режиме малых уровней СВЧ сигналов.

В данном случае под большими и малыми уровнями следует понимать напряжения, большие или меньшие порога ограничения.

 

Параметры отечественных p-i-n -диодов

Повышение температуры i-слоя ΔТ_у относительно температуры корпуса диода в установившемся режиме при воздействии на диод непрерывного СВЧ сигнала определяется формулой

                                                 ,                       (1.42)

Тепловой анализ позволяет сделать следующие выводы о зависимости изменения температуры структуры диода от параметров воздействующих на диод импульсов СВЧ сигналов:

- при коротких импульсах СВЧ сигналов и высокой скважности, т.е  если выполняются соотношения τ_пз>>τ_т и τ_и<<τ_т, повышение температуры структуры диода при остальных неизменных условиях пропорционально длительности импульса;

- если τ_и>2 τ_т, то температура структуры диода в конце импульса СВЧ сигнала примерно соответствует температуре структуре при воздействии непрерывной СВЧ мощности, равной мощности импульса, т.е. ;

- при τ_пз≥5τ_т можно пренебречь накоплением тепла в структуре в течение бесконечной последовательности импульсов СВЧ сигналов.

В  таблице 1.6 приведены параметры некоторых коммутационных и ограничительных p-i-n -диодов, выпускаемых отечественной промышленностью.

 

Таблица 1.6 – Основные параметры отечественных p-i-n -диодов

Тип      диода	Значения параметров
	С, пФ	Fкр, ГГц	r+, Ом	Qнак, нКл	Режимы измерений		UIраб, В	Pрас.макс, Вт
					I0, мА	Uобр, В
КА535Б	3,0–4,5	100	0,5	50-2500	100	100	1000	100
КА528А-4	1,8–2,4	200	0,5	900	100	100	1000	50
КА523Б-4	1,0–2,0	200	0,5	220	50	100	600	20
КА537А	3	200	0,5	100	100	100	600	20
КА542А	1	250	1,7	300	100	100	1100	4
КА507	0,8–1,2	200	1,5	200	100	100	300	5
КА536А-5	0,08–0,16	300	1,5	150	100	100	300	1
КА542Б-4	0,5–0,8	200	0,5	400	200	30	300	1,6
КА546А-5	0,12–0,2	300	1,5	5,0–200	100	100	300	2,5
Ка543А-5	0,12–0,19	300	1,5	0,5–3	3	20	100	0,5
КА541А-6	0,15–0,22	400	1,3	60-150	100	100	300	0,5