Ступенчатый восстанавливающий диод - Step recovery diode

Сигнал частотного гребенчатого генератора SRD (HP 33003A)

Символ цепи

В электроника, а ступенчатый диод восстановления (SRD) это полупроводниковый диод способность генерировать очень короткие импульсы. Его еще называют отключаемый диод или же диод-накопитель или (гораздо реже) объем памяти варактор, и имеет множество применений в микроволновая печь электроника как генератор импульсов или же параметрический усилитель.

Когда диоды переключаются с прямой проводимости на обратную отсечку, на короткое время протекает обратный ток, поскольку накопленный заряд удаляется. Резкость, с которой прекращается обратный ток, характеризует ступенчатый восстанавливающий диод.

Историческая справка

Первая опубликованная статья по SRD - это (Бофф, Молл и Шен 1960 ): авторы начинают краткий обзор, констатируя, что «восстановительные характеристики некоторых видов диоды с pn переходом демонстрируют прерывистость, которая может быть использована для генерации гармоник или для производства миллимикросекунда импульсы ». Они также ссылаются на то, что впервые наблюдали это явление в феврале 1959 г.

Управление SRD

Физические принципы

Основным явлением, используемым в SRD, является хранение электрический заряд во время вперед проводимость, который присутствует во всех полупроводниковые диоды и обусловлено конечным временем жизни миноритарные перевозчики в полупроводники. Предположим, что SRD вперед пристрастный И в устойчивое состояние то есть анод ток смещения не изменяется со временем: поскольку перенос заряда в переходном диоде происходит в основном за счет диффузии, то есть из-за непостоянной пространственной плотности носителей заряда, вызванной напряжением смещения, заряд Q_s хранится в устройстве. Этот накопленный заряд зависит от

1. Сила прямого анодного тока я_А протекает в устройстве в его установившемся состоянии.
2. Срок службы миноритарного носителя τ, т.е. среднее время свободного носитель заряда перемещается внутри полупроводниковой области до того, как рекомбинирование.

Количественно, если устойчивое состояние прямой проводимости длится в течение времени намного больше, чем τ, накопленный заряд имеет следующее приближенное выражение

${displaystyle Q_{S}cong I_{A}cdot au }$

Теперь предположим, что напряжение смещения резко меняется, переключаясь со своего стационарного положительного значения на более высокое. величина постоянное отрицательное значение: тогда, поскольку определенное количество заряда накопилось во время прямой проводимости, сопротивление диода все еще низкое (т.е. напряжение между анодом и катодом V_АК имеет почти такое же значение прямой проводимости). Анодный ток не прекращается, а меняет полярность (т. Е. Направление его потока) и накопленный заряд. Q_s начинает вытекать из устройства с почти постоянной скоростью я_р. Таким образом, весь накопленный заряд удаляется за определенное время: на этот раз время хранения т_S и его приближенное выражение

${displaystyle t_{S}cong {frac {Q_{S}}{I_{R}}}}$

Когда весь накопленный заряд удален, сопротивление диода внезапно меняется, повышаясь до своего отрезать стоимость в обратное смещение в течение времени т_Тр, то время перехода: это поведение можно использовать для создания импульсов со временем нарастания, равным этому времени.

Работа дрейфового восстанавливающего диода (DSRD)

Дрейфовый восстанавливающий диод (DSRD) был открыт российскими учеными в 1981 г. (Грехов и др., 1981). Принцип работы DSRD аналогичен SRD, с одним существенным отличием - ток прямой накачки должен быть импульсным, а не непрерывным, поскольку дрейфовые диоды работают с медленными носителями.

Принцип работы DSRD можно объяснить следующим образом: короткий импульс тока подается в прямом направлении DSRD, эффективно «накачивая» P-N-переход, или, другими словами, «заряжая» P-N-переход емкостным образом. Когда направление тока меняется на противоположное, накопленные заряды удаляются из базовой области.

Как только накопленный заряд уменьшается до нуля, диод быстро открывается. Высокий скачок напряжения может появиться из-за самоиндукции диодной цепи. ток коммутации и чем короче переход от прямой к обратной проводимости, тем выше амплитуда импульса и эффективность генератора импульсов (Кардо-Сысоев и др., 1997).

Использование

• генераторы гармоник^[1]
  • гетеродин
  • Генератор, управляемый напряжением
  • синтезаторы частот
  • Умножитель частоты^[2][3]
• Генератор гребней^[4]
• Детектор фазы отбора проб^[5][6]

Смотрите также

• Несовершеннолетний носитель
• P-n переход
• Генератор импульсов
• Полупроводниковый диод

Рекомендации

• Boff, A. F .; Moll, J .; Шен Р. (февраль 1960 г.), «Новый высокоскоростной эффект в твердотельных диодах», 1960 Международная конференция IEEE по твердотельным схемам. Сборник технических статей., Международная конференция IRE по твердотельным схемам, III, Нью-Йорк: IEEE Press, стр. 50–51, Дои:10.1109 / ISSCC.1960.1157249. Первая статья, посвященная SRD: интересно, но "ограниченный доступ".

Следующие две книги содержат всесторонний анализ теории неравновесного переноса заряда в полупроводниках. диоды, а также дать обзор приложений (по крайней мере, до конца семидесятых).

• Носов, Юрий Романович (1969), Коммутация полупроводниковых диодов, Монографии по физике полупроводников, 4, Нью-Йорк: Пленум Пресс.
• Тхорик, Юрий Александрович (1968), Переходные процессы в импульсных полупроводниковых диодах, Иерусалим: Израильская программа научных переводов, Ltd..

В следующих примечаниях к применению подробно рассматриваются практические схемы и приложения, использующие SRD.

• Генерация импульсов и сигналов с помощью шаговых восстанавливающих диодов (PDF), Указание по применению AN 918, Пало-Альто: Hewlett Packard, Октябрь 1984 г.. Доступно в Hewlett-Packard HPRFhelp.

1. "Microsemi | Полупроводники и системные решения | Вопросы энергетики".
2. "Разработка гребенчатого генератора на основе шагового восстанавливающего диода". 2017-03-08.
3. http://hpmemoryproject.org/an/pdf/an_913.pdf
4. "Разработка гребенчатого генератора на основе шагового восстанавливающего диода". 2017-03-08.
5. "IMST GmbH" (PDF).
6. «Детектор фазы выборки».

внешняя ссылка

• Tan, Michael R .; Wang, S. Y .; Марс, Д. Э .; Молл, Дж. Л. (31 декабря 1991 г.), Двухгетероструктурный ступенчатый восстанавливающий диод на основе GaAs 12 пс, Технические отчеты HP Labs, HPL-91-187, Пало-Альто: Hewlett Packard. Интересный документ с описанием конструкции и отчетом об измеренных характеристиках чрезвычайно быстрого гетеропереход SRD.
• Киркби, Дэвид (апрель 1999), «Глава 5. Генераторы импульсов» (PDF), Пикосекундный оптоэлектронный кросс-коррелятор с использованием лавинного фотодиода с модулированным усилением для измерения импульсной характеристики ткани (PDF), заархивировано из оригинал (PDF) на 2012-02-06. Это докторская диссертация, в которой SRD является ключевым элементом.. Глава 5 особенно актуальна.