ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ДИОДОВ

Для описания статической вольтамперной характерис­тики высокочастотных точечных диодов используются те же параметры, что и для диодов других типов, а именно:

UПр— постоянное прямое падение напряжения при за­данном прямом токе /пр;

/обр — постоянный обратный ток при заданном обрат­ном напряжении с/обр.

Обычно эти параметры задаются при трех температурах окружающей среды: нормальной (25 ± 5° Q, пониженной (_60 ± 2° С) и повышенной (+70 ± 2° С для германиевых и 120 ± 2°С для кремниевых диодов).

/пР макс — максимально допустимый прямой ток — мак­симальное значение постоянного прямого тока, при кото­ром обеспечивается заданная надежность при длительной работе.

>орМакс — максимально допустимое обратное напряже­ние на диоде любой формы и периодичности, при котором обеспечивается заданная надежность при длительной работе.

На рис. 6.2, а показана полная эквивалентная схема диода. Ее элементами являются:

гд — дифференциальное сопротивление р-п перехода; Сд"ф — диффузионная емкость перехода; Сб — барьерная емкость перехода;

гб — сопротивление базы, Ск — емкость корпуса;

г— сопротивление утечки (в основном обусловленное проводимостью по поверхности кристалла полупроводни­ка 'и несовершенством структуры перехода);

LK — индуктивность корпуса Диода (включая индуктив­ность выводов и контактной иглы).

В зависимости от амплитуды приложенного к диоду напряжения смещения и его полярности величины элемен­тов, составляющих эквивалентную схему, принимают раз­личные значения.

Поэтому рассмотрим отдельно случаи включения диода в прямом и обратном направлении.

Параметры диода при прямом смещении. Один из воз­можных режимов работы высокочастотных диодов пред­ставляет собой наложение малого гармонического сигнала на относительно большое постоянное прямое смещение В этом случае гд гут, См>ф > Сб и Сд"ф > Ск, эквивалентная схема для прямого смещения диода изображена на рис. 6.2, б.

Значения параметров диода выражаются соотношениями:

Гц =

kTУ 2

QV+'o) kT

где — обратный ток насыщения диода.

На низкой частоте (со < 1/тр) и при большом смеще­нии (/ > /0) формулы (6.1) и (6.2) упрощаются:

Гл~ ql

диф — 2kT '

В диапазоне частот 1/т^, ^со<Ч0/т;А происходит за­метное уменьшение активного и реактивного сопротив­лений р-п перехода. При дальнейшем возрастании часто­ты дифференциальное сопротивление гд и емкость СДИф убывают пропорционально со-½, стремясь к нулю при со—>- со.

Физически, уменьшение диффузионной — емкости и сопро­тивления гд перехода с ростом частоты можно объяснить следующим образом. Инжектированные в базу диода неос­новные носители заряда смещаются вследствие диффузии за время 1/со на расстояние / = ]/D/co. Величина заряда в базе, а следовательно, и величина диффузионной емкости пропорциональны /. Отсюда очевидно, что с ростом частоты диффузионная емкость должна уменьшаться.

С другой стороны, расстояние / определяет градиент концентрации инжектированных носителей заряда вблизи перехода: dp/dx х Ар/1. Величина тока пропорциональна dp/dx. Так как / убывает с ростом частоты, то ток увеличи­вается. Следовательно, дифференциальное сопротивление перехода также будет уменьшаться (рис. 6.3). Несмотря на уменьшение емкости Сдиф с ростом частоты (рис. 6.3), про­водимость ее растет (пропорционально со'/*),.

При увеличении прямого тока из-за уменьшения сопро­тивления гд роль емкостной составляющей в полном сопро-

тивлении диода,' как это следует из эквивалентной схемы рис. 6.2, б, должна уменьшаться, и при неограниченном увеличении этого тока, когда гд -> 0, роль емкости СДИф должна свестись к нулю. Полное сопротивление диода при больших прямых токах определяется главным образом сопротивлением базы гб. Следует указать, что это сопротив­ление не является чисто активным, а содержит также индук­тивную составляющую, связанную с эффектом модуляции сопротивления базы. Из-за конечного времени распространения дырок в базовой области (близкого к хр) изменение тока через нее отстает по фазе от изменения приложенного к базовой области напряжения (более подробно эффект модуляции сопротивления базы рассмотрен в гл. 7).

Таким образом, для каждого диода можно найти такое значение прямого тока смещения, при котором изменяется характер его сопротивления. Такие зависимости, снятые при помощи измерителя полных сопротивлений Р2−3 (ИПСП-1), показаны на рис. 6.4. Эквивалентная схема диода представлялась в виде параллельного соединения активно­го, емкостного и индуктивного сопротивлений. Определя ющим является то из сопротивлений X/. или Хс, величина которого меньше.

Для диодов типов Д10 и Д18 величина так называемого тока инверсии t"HB, при котором Xt — Хс, равна несколь­ким десяткам или сотням микроампер. Чем меньше абсо­лютная величина сопротивления базы /"б, тем больше для данного диода величина тока инверсии. У плоскостных диодов ток инверсии обычно больше, причем наблюдается его сильная зависимость от частоты. Так, например, у дио­дов Д311 imiB ж 0,8 ма при частоте f — 120 Мгц и возрас­тает до 3,5 ма при снижении частоты до 30 Мгц.

Зависимость полного прямого дифференциального сопро­тивления диода

Rr = ГЛ + Гб

от определяющих его величин (о> и /пр) из-за неопреде­ленности параметра г6 можно найти опытным путем (рис 6.5; 6:6). Из графика рис. 6.5 видно, что величина RB при больших значениях прямого тока оказывается меньшей у тех диодов, у которых больше площадь выпрямляющего кон­такта и больше время жизни дырок тр. При прочих равных условиях меньшими значениями RR обладают диоды, у кото­рых на конец контактной иглы нанесена акцепторная при­месь. При малых токах кривые Ra = f(Iap) для всех диодов сближаются, так как при этом определяющим является дифференциальное сопротивление р-п перехода, которое не зависит от радиуса контакта г0, удельного сопротивления материала р и времени жизни неосновных носителей .