Mekanizmi i rrjedhjes së kundërt përmes tranzicionit është relativisht i thjeshtë. Transportuesit e ngarkesave që janë të vogla për një nga rajonet, që lëvizin në fushën elektrike të rajonit të ngarkesës së vëllimit, bien në rajonin ku ata janë tashmë bartësit kryesorë. Meqenëse përqendrimi i transportuesve të shumicës zakonisht tejkalon ndjeshëm përqendrimin e transportuesve të pakicës në rajonin fqinj (n n>> np Dhe fq fq >> p n), atëherë shfaqja në një rajon të caktuar të gjysmëpërçuesit të një sasie shtesë të parëndësishme të bartësve kryesorë të ngarkesës praktikisht nuk e ndryshon gjendjen e ekuilibrit të gjysmëpërçuesit.
Një pamje e ndryshme është marrë me rrjedhën e rrymës direkte . Në këtë rast, dominon komponenti i difuzionit të rrymës, i përbërë nga bartës të ngarkesës së shumicës që kapërcejnë pengesën potenciale dhe depërtojnë në rajonin e gjysmëpërçuesit, për të cilin janë bartës të pakicës. Në këtë rast, përqendrimi i bartësve të pakicës mund të rritet ndjeshëm në krahasim me përqendrimin e ekuilibrit. Dukuria e futjes së bartësve joekuilibër quhet injeksion.
Kur kalon rryma direkte p-n- kalimi nga rajoni elektronik në rajonin e vrimës do të jetë injektimi i elektroneve, nga rajoni i vrimës në rajonin elektronik, injektimi i vrimave.
Për thjeshtësi, ne do të shqyrtojmë më tej vetëm injektimin e vrimave nga rajoni i vrimës së një gjysmëpërçuesi në rajonin e elektroneve, duke zgjeruar më pas të gjitha përfundimet e bëra në procesin e kundërt të injektimit të elektronit në rajonin e vrimës. Nëse aplikohet për p-n- kalimi i tensionit në drejtimin e transmetimit (Fig. 3.13), atëherë lartësia e pengesës së mundshme do të ulet dhe një numër i caktuar vrimash do të mund të depërtojnë në n- Rajon.
Fig.3.13. Skema e rrjedhës së rrymës direkte nëpër kryqëzim
Përpara këtyre vrimave n- rajoni ishte elektrikisht neutral, d.m.th. ngarkesa pozitive dhe negative në secilin nga vëllimet mjaft të vogla n- zonat e përmbledhura në zero.
vrimat e injektuara nga R- zonat në n- sipërfaqe, përfaqësojnë një ngarkesë hapësinore pozitive. Kjo ngarkesë krijon një fushë elektrike që përhapet në vëllimin e gjysmëpërçuesit dhe vë në lëvizje bartësit kryesorë të ngarkesës - elektronet. Fusha elektrike e krijuar nga vrimat tërheq elektronet në vrima, ngarkesa negative hapësinore e të cilave duhet të kompensojë ngarkesën hapësinore pozitive të vrimave. Sidoqoftë, përqendrimi i elektroneve pranë ngarkesës hapësinore të vrimave të injektuara do të çojë në një ulje të përqendrimit të tyre në vëllimet ngjitur, d.m.th. te cenimi i neutralitetit elektrik dhe shfaqja e një ngarkese hapësinore në këto vëllime.
Meqenëse asnjë rishpërndarje e ngarkesave të lira brenda një gjysmëpërçuesi elektrikisht neutral nuk mund të kompensojë ngarkesën hapësinore të vrimave, atëherë për të rivendosur gjendjen e neutralitetit elektrik të gjysmëpërçuesit, një numër shtesë elektronesh duhet të hyjë nga dalja e jashtme, ngarkesa totale prej e cila do të jetë e barabartë me ngarkesën totale të vrimave të injektuara. Meqenëse një elektron dhe një vrimë kanë ngarkesa të barabarta në madhësi dhe të kundërta në shenjë, numri i elektroneve që hyjnë në pjesën më të madhe të gjysmëpërçuesit nga terminali i jashtëm duhet të jetë i barabartë me numrin e vrimave të injektuara.
Kështu, në të njëjtën kohë me shfaqjen e n- zonat e një numri të caktuar vrimash të injektuara - bartës të vegjël joekuilibri - shfaqet i njëjti numër elektronesh bartësit kryesorë jo-ekuilibër. Të dy ata dhe transportuesit e tjerë janë jo-ekuilibër, pasi krijojnë një përqendrim që ndryshon nga përqendrimi i ekuilibrit termodinamik.
Procesi i kompensimit të ngarkesës hapësinore të transportuesve të pakicës jo-ekuilibër nga ngarkesa hapësinore e bartësve kryesorë jo-ekuilibër është jashtëzakonisht i shpejtë. Koha e vendosjes së këtij procesi përcaktohet nga koha e relaksimit
dhe është për germanium (ε = 16), rezistenca e të cilit është 10 Ohm. cm, rreth 10-11 sek. Prandaj, krijimi i procesit mund të konsiderohet i menjëhershëm.
Meqenëse përqendrimi i bartësit është i lartë direkt në kryqëzim, bartësit për shkak të pranisë së një gradienti përqendrimi do të përhapen thellë në pjesën më të madhe të gjysmëpërçuesit në drejtim të përqendrimeve më të ulëta. Në të njëjtën kohë, përqendrimi i bartësve joekuilibër do të ulet për shkak të rikombinimit, kështu që vlera totale e përqendrimit do të priret në vlerën e ekuilibrit.
Fig.3.14. Kurba e shpërndarjes së përqendrimit të minorit jo-ekuilibër
bartës (vrima) në rajonin elektronik të kryqëzimit pn
Nëse përqendrimi jo-ekuilibër është i vogël në krahasim me përqendrimin e bartësve kryesorë të ekuilibrit (niveli i ulët i injektimit), atëherë ulja e përqendrimit të bartësve jo-ekuilibër në drejtim nga kalimi thellë në gjysmëpërçues do të ndodhë sipas një eksponencial ligji (Fig. 3.14):
(3.23)
L karakterizon distancën mesatare mbi të cilën transportuesit kanë kohë të shpërndahen gjatë jetës së tyre.
Në një pikë mjaft larg tranzicionit (x →¥ ) do të ruhet përqendrimi ekuilibër i bartësve të ngarkesës.
Në një nivel të ulët të injektimit, përqendrimi i bartësve jo ekuilibër në n- rajoni pranë ndërfaqes do të varet në mënyrë eksponenciale nga madhësia e tensionit të aplikuar në kryqëzim:
(3.24)
(në U= 0; rritet me shpejtësi me rritjen e vlerave pozitive U).
Vini re se ndryshimi i tensionit në kryqëzim nga Δ u do të çojë në një rritje të përqendrimit të vrimave jo ekuilibër në n- zonat, d.m.th. për një ndryshim në krye. Ndryshimi i ngarkesës i shkaktuar nga një ndryshim në tension mund të mendohet si veprimi i disa kapaciteteve. Kjo enë quhet difuzionit , meqenëse shfaqet për shkak të një ndryshimi në komponentin e difuzionit të rrymës përmes kryqëzimit.
Mund të konkludohet se Kapaciteti i difuzionit do të shfaqet në rrymat direkte përmes kryqëzimit ose në tensione të ulëta të kundërta, kur rryma e difuzionit nuk mund të neglizhohet në krahasim me rrymën e përcjelljes.
Ne përfaqësojmë kapacitetin e difuzionit si një ndryshim në ngarkesë Δ P, lidhur me ndryshimin e tensionit Δ që e ka shkaktuar atë u:
dhe vlerësoni efektin e rrymës përmes kryqëzimit në kapacitetin e difuzionit.
Ngarkesa totale e transportuesve të pakicës jo ekuilibër në n-domeni mund të merret duke integruar shprehjen (3.23).
Një ndryshim në tensionin e jashtëm dU në kryqëzimin p-n çon në një ndryshim në ngarkesën dQ të akumuluar në të. Prandaj, kryqëzimi p-n sillet si një kondensator, kapaciteti i të cilit është C \u003d dQ / dU.
Në varësi të natyrës fizike të ngarkesës në ndryshim, dallohen kapacitetet penguese (ngarkuese) dhe difuzioni.
Kapaciteti i pengesës (ngarkimit) përcaktohet nga ndryshimi në ngarkesën e pakompensuar të joneve kur gjerësia e shtresës së pengesës ndryshon nën ndikimin e një tensioni të jashtëm të kundërt. Prandaj, një bashkim ideal elektron-vrimë mund të konsiderohet si një kondensator i sheshtë, kapaciteti i të cilit përcaktohet nga relacioni
ku P, d janë respektivisht sipërfaqja dhe trashësia e kryqëzimit p-n.
Marrëdhëniet (1.41) dhe (1.31) nënkuptojnë
.
Në rastin e përgjithshëm, varësia e kapacitetit të karikimit nga tensioni i kundërt i aplikuar në kryqëzimin p-n shprehet me formulën
,
ku C 0 është kapaciteti i kryqëzimit p-n në U OBR = 0; g - koeficienti në varësi të llojit të tranzicionit p-n (për tranzicione të mprehta p-n g = 1/2, dhe për g të qetë = 1/3).
Kapaciteti i pengesës rritet me një rritje në N A dhe N D, si dhe me një ulje të tensionit të kundërt. Karakteri i varësisë С BAR = f(U OBR) është paraqitur në fig. 1.13, a.
Merrni parasysh kapacitetin e difuzionit. Me një rritje të tensionit të jashtëm të aplikuar në kryqëzimin pn në drejtimin përpara, përqendrimi i transportuesve të injektuar pranë kufijve të kryqëzimit rritet, gjë që çon në një ndryshim në sasinë e ngarkesës për shkak të transportuesve të pakicës në rajonet p- dhe n. . Kjo mund të shihet si një manifestim i disa kapaciteteve. Meqenëse varet nga ndryshimi i komponentit të difuzionit të rrymës, quhet difuzion. Kapaciteti i difuzionit është raporti i rritjes së ngarkesës së injektimit dQ inzh me ndryshimin e tensionit dU pr që e ka shkaktuar atë, d.m.th. 
. Duke përdorur ekuacionin (1.30), mund të përcaktohet ngarkesa e transportuesve të injektuar, siç janë vrimat në rajonin n:
Figura 1.13 Varësia e kapaciteteve të barrierës (a) dhe difuzionit (b) të kryqëzimit p-n nga voltazhi.
Pastaj kapaciteti i difuzionit për shkak të ndryshimit në ngarkesën totale të vrimave jo ekuilibër në rajonin n përcaktohet nga formula
.
Në mënyrë të ngjashme, për kapacitetin e difuzionit për shkak të injektimit të elektroneve në rajonin p,
.
Figura 1.13 Kryqëzimi p-n i qarkut ekuivalent.
Kapaciteti total i difuzionit
Varësia e kapacitetit nga tensioni përpara në kryqëzimin p-n është paraqitur në figurën 1.13, b.
Kapaciteti total i kryqëzimit p-n përcaktohet nga shuma e kapaciteteve të ngarkimit dhe difuzionit:
.
Kur kyçja p-n ndizet në drejtimin përpara, mbizotëron kapaciteti i difuzionit, dhe kur ndizet në drejtim të kundërt, mbizotëron kapaciteti i ngarkesës.
Në fig. 1.14 tregon qarkun ekuivalent të lidhjes pn ac. Qarku përmban një rezistencë diferenciale të kryqëzimit p-n r D, një kapacitet difuzioni C DIF, një kapacitet pengues C BAR dhe një rezistencë vëllimi të rajoneve p- dhe n r 1 . Bazuar në ekuacionin (1.37), mund të shkruajmë:
.
Nëse me përfshirjen e drejtpërdrejtë të kryqëzimit p-n U pr \u003e j t, atëherë:
Në temperaturën e dhomës 
; (1.42)
(në relacionin (1.42) vlera aktuale zëvendësohet në amper). Rezistenca e rrjedhjes r UT merr parasysh mundësinë e kalimit të rrymës mbi sipërfaqen e kristalit për shkak të papërsosmërisë së strukturës së tij. Me përfshirje të drejtpërdrejtë të kryqëzimit p-n C BAR<< С ДИФ, дифференциальное сопротивление r Д ПР мало и соизмеримо с r 1 , поэтому эквивалентная схема принимает вид, показанный на рис. 1.15, а.
Figura 1.15 Qarqet ekuivalente të kryqëzimit p-n të thjeshtuara.
Me një anim të kundërt r D OBR >> r 1 , C BAR >> C DIF dhe qarku ekuivalent ka formën e treguar në fig. 1.15, b.
Një diodë gjysmëpërçuese është inerte në lidhje me ndryshimet mjaftueshëm të shpejta në rrymë ose tension, pasi një shpërndarje e re bartëse nuk vendoset menjëherë. Siç dihet, një tension i jashtëm ndryshon gjerësinë e kryqëzimit dhe rrjedhimisht madhësinë e ngarkesave hapësinore në kryqëzim. Përveç kësaj, gjatë injektimit ose nxjerrjes, ngarkesat në rajonin bazë ndryshojnë (roli i ngarkesave në emetues është i parëndësishëm). Prandaj, dioda ka një kapacitet që mund të konsiderohet i lidhur paralelisht me kryqëzimin p-n. Ky kapacitet mund të ndahet në dy komponentë: kapaciteti pengues, duke reflektuar rishpërndarjen e tarifave në tranzicion, dhe kapaciteti i difuzionit, duke reflektuar rishpërndarjen e tarifave në bazë. Një ndarje e tillë është përgjithësisht e kushtëzuar, por është e përshtatshme në praktikë, pasi raporti i të dy kapaciteteve është i ndryshëm për polaritete të ndryshme të tensionit të aplikuar. Me një tension përpara, roli kryesor luhet nga ngarkesat e tepërta në bazë dhe, në përputhje me rrethanat, nga kapaciteti i difuzionit. Kur tensioni është i kundërt, ngarkesat e tepërta në bazë janë të vogla dhe kapaciteti i barrierës luan rolin kryesor. Vëmë re paraprakisht se të dy kapacitetet nuk janë lineare: kapaciteti i difuzionit varet nga rryma e përparme, dhe kapaciteti i pengesës varet nga voltazhi i kundërt.
Le të përcaktojmë vlerën e kapacitetit të barrierës, duke e konsideruar kalimin si tip asimetrik n + -p. Atëherë shtrirja e ngarkesës negative në bazën e tipit p mund të konsiderohet e barabartë me të gjithë gjerësinë e tranzicionit: . Le të shkruajmë modulin e kësaj ngarkese:
ku N është përqendrimi i papastërtive në bazë; S - zona e tranzicionit. E njëjta ngarkesë (por pozitive) do të jetë në shtresën e emetuesit.
Imagjinoni që këto ngarkesa janë të vendosura në pllakat e një kondensatori imagjinar, kapaciteti i të cilit mund të përcaktohet si
Duke marrë parasysh shprehjen për gjerësinë e tranzicionit gjatë ndërrimit të kundërt dhe duke diferencuar ngarkesën Q në lidhje me tensionin, më në fund marrim:
(7.10)
ku dhe janë, përkatësisht, gjerësia dhe lartësia e pengesës potenciale në gjendjen e ekuilibrit.
Duke pasur parasysh që dioda ka një kapacitet, mund të hartoni qarkun e saj të plotë ekuivalent për rrymë alternative (Fig. 3.10a).
Rezistenca R 0 në këtë qark paraqet rezistencën totale relativisht të vogël të rajoneve n- dhe p- dhe kontaktet e këtyre rajoneve me kalimet. Rezistenca jolineare R nl me lidhje direkte është e barabartë me R pr, d.m.th. është i vogël, dhe në tension të kundërt R nl = R arr, d.m.th. është shumë i madh. Qarku i dhënë ekuivalent në raste të ndryshme të frekuencave mund të thjeshtohet. Në frekuenca të ulëta, kapaciteti është shumë i madh dhe kapaciteti mund të injorohet. Pastaj, me një paragjykim përpara, vetëm rezistenca R 0 dhe R pr mbeten në qarkun ekuivalent (Fig. 7.5b),
Fig.7.5b. Fig. 7.5c.
dhe me një tension të kundërt - vetëm rezistenca R arr, pasi R 0<< R обр (рис.7.5в).
Në frekuenca të larta, kapacitetet kanë rezistencë relativisht të vogël. Prandaj, me një tension përpara, merret një qark sipas Fig. 7.5d, (nëse frekuenca nuk është shumë e lartë, atëherë ndryshimi C praktikisht nuk ka asnjë efekt),
Fig.7.5d. Fig. 7.5e.
dhe në rastin e kundërt mbeten R arr dhe C b (Fig. 7.5e).
Duhet të kihet parasysh se ka ende një kapacitet C midis terminaleve të diodës, i cili mund të largojë ndjeshëm diodën në frekuenca shumë të larta. Induktiviteti i prizave mund të shfaqet edhe në mikrovalë.
Klasifikimi i diodave.
Klasifikimi i diodave kryhet kryesisht:
1) mbi metodat teknologjike për krijimin e kryqëzimeve elektrike dhe strukturave të diodës
2) sipas funksionit të diodave.
Sipas teknologjisë së prodhimit, diodat mund të jenë pika dhe planare. Karakteristikat kryesore të diodave pika: zona e kryqëzimit p-n është e vogël, ato kanë një kapacitet të vogël (më pak se 1pF), rryma të ulëta (jo më shumë se 1 ose dhjetëra mA). Përdoret në frekuenca të larta deri në mikrovalë. Teknologjia: një filament tungsteni i veshur me një papastërti pranuese (për germanium - indium, për silikon - alumin) është ngjitur në një pjatë me germanium të tipit n ose silikon të tipit n duke përdorur një puls të madh aktual.
Diodat planare: teknologjia e prodhimit mund të jetë ose e shkrirjes ose e difuzionit. Kur shkrihet, një tabletë me material pranues metalik, si alumini, vendoset në sipërfaqen e pastruar të një vafere gjysmëpërçuese, zakonisht të tipit n, nëse gjysmëpërçuesi është silikon. Kur nxehet në 600 ... 700 0 C, ajo shkrin dhe shpërndan shtresën ngjitur të silikonit, pika e shkrirjes së së cilës është shumë më e lartë. Pas ftohjes pranë sipërfaqes së pllakës, një shtresë silikoni e tipit p + e ngopur me alumin (emetues i tipit p, baza e tipit n). Difuzioni: atomet e papastërtive zakonisht hyjnë në një pllakë gjysmëpërçuese nga një mjedis i gaztë përmes sipërfaqes së tij në një temperaturë të lartë (rreth 1000 0) dhe përhapen në thellësi për shkak të difuzionit, d.m.th. lëvizje termike. Procesi kryhet në furra speciale me difuzion, ku temperatura dhe koha e procesit ruhen me saktësi të lartë. Sa më e gjatë të jetë koha dhe temperatura, aq më shumë papastërtitë depërtojnë në thellësinë e pllakës. Kryqëzimi pn i difuzionit rezulton i sheshtë, dhe zona e tij është e madhe dhe e barabartë me sipërfaqen e pllakës origjinale, rrymat e funksionimit arrijnë dhjetëra amper.
Sipas funksionit të kryer dallohen ndreqësi, pulsi, konverteri, komutuesi, diodat detektore, diodat zener, varikapat etj. Klasat e veçanta të diodave mund të ndahen në nënklasa në varësi të diapazonit të frekuencës së funksionimit (dioda me frekuencë të ulët, me frekuencë të lartë, dioda me mikrovalë, dioda të diapazonit optik). Diodat dallohen gjithashtu nga materiali gjysmëpërçues: silikoni përdoret më gjerësisht, duke zëvendësuar germaniumin e mëparshëm të zakonshëm. Diodat e silikonit kanë një temperaturë maksimale më të lartë të funksionimit (Si - 125 ... 150 0 C, Ge - 70 ... 80 0 C) dhe disa renditje të madhësisë më të ulët të rrymës së kundërt. Numri i diodave të arsenidit të galiumit (në veçanti, ato gjysmëpërçuese metalike), të cilat janë më të larta në parametra ndaj diodave të silikonit, po rritet vazhdimisht.
Konsideroni disa lloje të diodave dhe parametrat e tyre kryesorë.
1.Diodat me frekuencë të ulët ndreqës. Ato përdoren në furnizimin me energji elektrike AC.
Parametrat kryesorë elektrikë të diodës janë vlerat e U ex.avg në një I ex.avg të caktuar, si dhe I arr.avg në një vlerë të caktuar të amplitudës (maksimale) të tensionit të kundërt (U arr.max) vlerat e tensionit përpara dhe rrymës së kundërt për periudhën). Për diodat e silikonit me një kryqëzim pn, të cilat janë më të zakonshmet, U ave.av nuk kalon 1..1.5V në T \u003d 20 0 C. Me rritjen e temperaturës, kjo vlerë zvogëlohet dhe TKN varet nga vlera e përpara aktuale; zvogëlohet me rritjen e rrymës, dhe në rrymë të lartë mund të bëhet edhe pozitive. Rryma e kundërt e diodave të silikonit në T = 20 0 C, si rregull, nuk i kalon të dhjetat e μA, dhe rritet me rritjen e temperaturës (temperatura e dyfishimit është rreth 10 0 C). Në T=20 0 C, rryma e kundërt mund të neglizhohet. Tensioni i prishjes së diodave të silikonit është qindra volt dhe rritet me rritjen e temperaturës.
Tensioni përpara i diodave të silikonit me një kryqëzim metal-gjysmëpërçues është afërsisht dy herë më i vogël se në diodat me një kryqëzim p-n. Dhe rryma e kundërt është disi më e madhe dhe më e varur nga temperatura, duke u dyfishuar për çdo 6..8 0 С.
Kur zgjidhni llojin e diodës, merren parasysh rryma maksimale e lejueshme e korrigjuar, tensioni i kundërt dhe temperatura. Në varësi të rrymës së lejuar, diodat e vogla (<300мА), средней (<1А) и большой (>10A) fuqia. Tensioni i kundërt kufizues është i kufizuar nga prishja e tranzicionit dhe shtrihet në intervalin nga 50 në 1500 V. Për të rritur tensionin e kundërt të lejueshëm, diodat lidhen në seri. Disa dioda të lidhura në seri, të prodhuara në një cikël të vetëm teknologjik dhe të mbyllura në një strehim të përbashkët, quhen një pol ndreqës. Temperatura maksimale e funksionimit të diodave të silikonit arrin 125..50 0 C dhe kufizohet nga rritja e rrymës së kundërt.
Diodat me fuqi të ulët me një zonë të vogël kryqëzimi p-n (më pak se 1 mm 2) krijohen nga shkrirja, ato me fuqi të lartë me një zonë të madhe - me difuzion. Diodat e fuqisë me një kryqëzim p-n mund të funksionojnë deri në frekuenca zakonisht jo më shumë se 1 kHz, dhe diodat me një kryqëzim metal-gjysmëpërçues - deri në frekuenca prej qindra kHz.
Diodat gjermanium kanë një tension përpara afërsisht 1.5..2 herë më pak se diodat e silikonit (zakonisht jo më shumë se 0.5 V) për shkak të hendekut më të vogël të brezit. Kryesisht përcaktohet nga rënia e tensionit në rezistencën e bazës, në këtë rast, TC U pr >0. Rryma e kundërt në T=20 0 C është 2..3 rend magnitudë më e madhe se në diodat e silikonit dhe varet më fort nga temperatura. Duke u dyfishuar për çdo 8 0 C, në lidhje me këtë, temperatura maksimale e funksionimit është shumë më e ulët (70 ... 80 0 C).
Mekanizmi i prishjes termike çon në faktin se diodat e germaniumit dështojnë edhe me mbingarkesa afatshkurtra të impulsit. Ky është një disavantazh i rëndësishëm. Tensioni i prishjes zvogëlohet me rritjen e temperaturës.
Për shkak të zonës së vogël të kryqëzimit, rrymat maksimale të lejueshme direkte të diodave me frekuencë të lartë janë të vogla (zakonisht më pak se 100 mA), tensionet e prishjes, si rregull, nuk kalojnë 100 V.
3. diodat e pulsit. Projektuar për funksionim në modalitetin pulsues, d.m.th. në pajisjet për formimin dhe shndërrimin e sinjaleve të pulsit, qarqeve kyçe dhe dixhitale.
Parametri më i rëndësishëm i diodave pulsuese është koha e rikuperimit të rezistencës së kundërt. Karakterizon procesin kalimtar të kalimit të diodës nga një gjendje me një rrymë të dhënë përpara I CR në një gjendje me një tension të kundërt të dhënë U arr. Figura 7.6 tregon diagramet e kohës së tensionit dhe rrymës përmes diodës.
Koha e rikuperimit t llogaritet nga momenti t 1 i ndryshimit të tensionit në diodë nga direkt në të kundërt deri në momentin t 2 kur tensioni i kundërt arrin vlerën 0.1 pr. moment t 1), si dhe procesi i rimbushjes kapaciteti pengues. Në diodat e ndërrimit, koha e rikuperimit duhet të jetë sa më e shkurtër që të jetë e mundur; është e nevojshme të zvogëlohet jetëgjatësia e transportuesve të pakicës në bazë, për të cilat diodat e silikonit me një kryqëzim p-n janë të lyer me ar. Por për diodat e silikonit, nuk është e mundur të merret një kohë rikuperimi prej më pak se 1 ns. Në arsenidin e galiumit, jetëgjatësia është shumë më e shkurtër se sa në silikon, dhe në diodat me një kryqëzim p-n, është e mundur të merren t re të rendit prej 0,1 ns. Reduktimi i kapacitetit të pengesës arrihet duke reduktuar zonën e tranzicionit. Koha më e shkurtër e rikuperimit (t re<0.1нс) имеют диоды с переходом металл-полупроводник, в которых отсутствует накопление неосновных носителей при протекании прямого тока. В них время восстановления порядка C б r б определяется процессом перезаряда барьерной емкости перехода через сопротивление базы.
Për të gjitha diodat e pulsit, kapaciteti specifikohet në një tension të caktuar të kundërt dhe frekuencë të sinjalit AC të përdorur në matje. Vlerat minimale të kapacitetit janë 0,1…1 pF.
Parametrat specifikë të diodave të pulsuara përfshijnë rrymën e kundërt të pulsit maksimal I rev.i.max dhe rezistencën maksimale të impulsit r pr.i.max, e barabartë me raportin e tensionit maksimal përpara në procesin e vendosjes së tij me rrymën e përparme. Është e dëshirueshme që vlerat e këtyre sasive të jenë sa më të vogla.
Për diodat pulsuese, parametrat statikë janë gjithashtu të rëndësishëm, të cilët përcaktojnë vlerat e gjendjes së qëndrueshme të rrymës dhe tensionit në qarqe. Këto përfshijnë tensionin përpara në një rrymë të caktuar përpara dhe rrymën e kundërt në një tension të caktuar të kundërt.
4. Diodat Zener. Një diodë zener është një diodë gjysmëpërçuese e krijuar për të stabilizuar tensionet në qarqe. Diodat Zener përdoren në furnizimin me energji elektrike, kufizues, kapëse niveli, referenca të tensionit dhe pajisje të tjera. Parimi i funksionimit të diodave zener bazohet në përdorimin e prishjes së ortekëve ose tunelit në kryqëzimin p-n. Figura 7.7 tregon një karakteristikë tipike volt-amper të një diode zener me tension të kundërt.
Në seksionin e prishjes - seksioni i punës i CVC, voltazhi varet shumë dobët nga rryma. Vlera minimale e rrymës së punës I st.min korrespondon me fillimin e seksionit "vertikal" të karakteristikës I–V, ku arrihet një rezistencë e vogël diferenciale r diff =ΔU/ΔI. Rryma maksimale I st.max përcaktohet nga shpërndarja e lejuar e fuqisë. Parametri kryesor është tensioni i stabilizimit U st, i cili praktikisht është i barabartë me tensionin e prishjes, është vendosur në një vlerë të caktuar të rrymës I st në zonën e punës.
Qarku i ndërrimit të diodës zener është paraqitur në Fig. 7.8.
Këtu R ogr është një rezistencë kufizuese; R n - rezistenca e ngarkesës, voltazhi në të cilin U n \u003d U st. Rryma që rrjedh nëpër rezistencën kufizuese është I \u003d (EU st) / R ogr, dhe rryma përmes diodës zener I st \u003d II n, ku I n \u003d U st / R n, që korrespondon me pikën e funksionimit c në figurën 3.11. Nëse voltazhi i furnizimit me energji devijon me një sasi nga vlera nominale, rryma përmes diodës zener ndryshon me Δ I st = ΔE) / kufiri R në r diff<<(R огр ││ R н) и рабочая точка перемещается в пределах участка C ’ C”; напряжение на нагрузке изменяется на очень малую величину
(7.11)
Nëse ndryshon rryma e ngarkesës dhe prandaj, ngarkesa në vlerën e Δ I n, pastaj rryma përmes diodës zener dhe Δ U \u003d - r diff ΔI n do të ndryshojë afërsisht në të njëjtën mënyrë. Shenja "-" do të thotë që me rritjen e rrymës së ngarkesës, rryma e diodës zener zvogëlohet. Për të marrë një stabilizim të mirë, rezistenca diferenciale duhet të jetë sa më e ulët që të jetë e mundur.
Tensioni i prishjes së kryqëzimit p-n zvogëlohet me një rritje të përqendrimit të papastërtive bazë. Për pajisjet e llojeve të ndryshme, U st mund të jetë nga 3 në 200 V.
Efekti i temperaturës vlerësohet nga koeficienti i temperaturës së tensionit të stabilizimit të TKN, i cili karakterizon ndryshimin e tensionit U st me një ndryshim të temperaturës me një shkallë, d.m.th.
(7.12)
Koeficienti i temperaturës së tensionit mund të jetë nga 10 -5 në 10 -3 K -1. Vlera e artikullit U dhe shenja e TKN varen nga rezistenca e gjysmëpërçuesit kryesor. Diodat Zener për tensione deri në 7V janë prej silikoni me rezistencë të ulët, d.m.th. me një përqendrim të lartë të papastërtive. Në këto dioda zener, kryqëzimi p-n ka një trashësi të vogël, në të vepron një fushë me intensitet të lartë dhe prishja ndodh kryesisht për shkak të efektit të tunelit. Në këtë rast, TKN rezulton të jetë negative. Nëse përdoret silikoni me një përqendrim më të ulët të papastërtive, atëherë kryqëzimi p-n do të jetë më i trashë. Prishja e tij ndodh në tensione më të larta dhe është një ortek. Dioda të tilla zener karakterizohen nga një TKN pozitive.
Koeficienti i temperaturës së stabilizimit të diodave zener të tensionit të lartë mund të reduktohet me 1 ... 2 rend të madhësisë, duke përdorur stabilizimin termik. Për ta bërë këtë, kryqëzimi p-n i diodës zener lidhet në seri me një ose dy kryqëzime p-n të lidhura në drejtimin përpara. Dihet se voltazhi përpara në kryqëzimin p-n zvogëlohet me rritjen e temperaturës, gjë që kompenson rritjen e tensionit të prishjes. Dioda të tilla zener të kompensuara termikisht quhen saktësi. Ato përdoren si burime të tensionit referues.
Më shpesh, dioda zener funksionon në një mënyrë të tillë kur voltazhi i burimit është i paqëndrueshëm dhe rezistenca e ngarkesës R n është konstante. Për të vendosur dhe ruajtur mënyrën e duhur të stabilizimit në këtë rast, kufiri i rezistencës R duhet të ketë një vlerë të caktuar. Zakonisht R ogr llogaritet për pikën e mesit me karakteristikat e diodës zener. Nëse voltazhi E ndryshon nga E min në E max, atëherë kufiri R mund të gjendet duke përdorur formulën e mëposhtme
(7.13)
ku E cf \u003d 0,5 (E min + E max) - tensioni mesatar i burimit;
I cf \u003d 0,5 (I min + I max) - rryma mesatare e diodës zener;
I n \u003d U st / R n - rrymë e ngarkesës.
Nëse tensioni E fillon të ndryshojë në një drejtim ose në një tjetër, atëherë rryma e diodës zener do të ndryshojë, por voltazhi në të, dhe për këtë arsye në ngarkesë, do të jetë pothuajse konstant. Meqenëse të gjitha ndryshimet në tensionin e burimit duhet të absorbohen nga rezistenca kufizuese, ndryshimi më i madh në këtë tension, i barabartë me E max - Emin, duhet të korrespondojë me ndryshimin më të madh të mundshëm të rrymës, në të cilën stabilizimi ruhet ende, d.m.th. I maksimum - I min. Nga kjo rrjedh se nëse vlera e E ndryshon me ΔE, atëherë stabilizimi do të kryhet vetëm nëse kushti
Mënyra e dytë e mundshme e stabilizimit përdoret kur E=const, dhe R n ndryshon nga Rn min në Rn max. Për një regjim të tillë, kufiri R mund të përcaktohet nga vlerat mesatare të rrymave sipas formulës
(7.15)
I n cf \u003d 0,5 (I n min + I n max), dhe I n min \u003d U st / R n max dhe I n max \u003d U st / R n min.
Për të marrë tensione më të larta të qëndrueshme, përdoret një lidhje serike e diodave zener të dizajnuara për të njëjtat rryma.
5. Varikaps. Diodat quhen varicaps, parimi i funksionimit të të cilave bazohet në varësinë e kapacitetit pengues të kryqëzimit p-n nga tensioni i kundërt. Në këtë mënyrë. Varicaps janë kondensatorë me kapacitet të ndryshueshëm, të kontrolluar jo mekanikisht, por elektrike, d.m.th. ndryshimi i tensionit të kundërt. Ato përdoren si elementë me kapacitet të kontrolluar elektrikisht në qarqet e akordimit të frekuencës së një qarku oscilues, ndarjen dhe shumëzimin e frekuencës, modulimin e frekuencës, zhvendosësit e kontrolluar të fazës, etj.
Qarku më i thjeshtë për ndezjen e një varikapi për të rregulluar frekuencën e qarkut oscilues është paraqitur në figurën 7.9.
Tensioni i kontrollit U aplikohet në varikapin VD përmes një rezistence R me rezistencë të lartë, e cila redukton lëvizjen e varikapit dhe qarkut oscilues nga burimi i tensionit. Për të eliminuar rrymën direkte përmes elementit të induktivitetit, qarku oscilues lidhet paralelisht me varikapin përmes një kondensatori ndarës me kapacitet të lartë Cp. Duke ndryshuar madhësinë e tensionit të kundërt dhe, rrjedhimisht, kapacitetin e varikapit dhe kapacitetin total të qarkut oscilues, ndryshohet frekuenca rezonante e këtij të fundit.
Materiali kryesor gjysmëpërçues për prodhimin e varikapit është silikoni, përdoret gjithashtu arsenid i galiumit, i cili siguron një rezistencë më të ulët të bazës.
Parametrat elektrikë të varicapit përfshijnë kapacitetin në tensionet nominale, maksimale dhe minimale, të matura në një frekuencë të caktuar, koeficientin e mbivendosjes së kapacitetit, faktorin e cilësisë, diapazonin e frekuencës, koeficientët e temperaturës së kapacitetit dhe faktorin e cilësisë. Në lloje të ndryshme varikapësh, kapaciteti nominal mund të variojë nga disa njësi në disa qindra pikofarad.
Kapaciteti i difuzionit është një kapacitet virtual që simulon efektin e kohës së fundme të "resorbimit" të ngarkesës jo ekuilibër të transportuesve të pakicës në pjesën me rezistencë të lartë. p-n- tranzicionit.
Nëse si më parë e kemi parasysh rastin kur rajoni Rështë më me rezistencë të lartë, d.m.th.
n n >> p n,
pastaj në zonë R elektronet janë bartës të pakicës dhe përqendrimi i tyre ekuilibër është i ulët. Kur aplikohet një paragjykim përpara, elektronet janë bartësit kryesorë të shtresës n- në numër të madh kalojnë në shtresë R, duke krijuar atje një ngarkesë hapësinore të transportuesve të pakicave jo ekuilibër.
Nëse e ndryshojmë papritur tensionin e aplikuar në tensionin bllokues, atëherë kalimi i elektroneve nga n-rajoni do të ndalet, por elektronet e shtresës n, i kapur brenda R- shtresa (ngarkesa hapësinore joekuilibri), si bartës të pakicës, do të kthehet në shtresë n, ndërsa ngarkesa hapësinore e transportuesve të pakicës në R- rajoni nuk do të ulet në ekuilibër. Fizikisht, kjo do të thotë se për disa kohë pas ndryshimit të tensionit nga direkt në të kundërt p-n- tranzicioni do të rrjedhë një rrymë e kundërt shumë më e madhe se vlera e ekuilibrit Unë S(Fig. 3.12, por).
Oriz. 3.12. Shfaqja e kapacitetit të difuzionit p-n- tranzicioni:
por– me një shpejtësi të ulët të ndryshimit të sinjalit;
b- në një shkallë të lartë të ndryshimit të sinjalit
Në fig. 3.12, b tregon se si kapaciteti i difuzionit në një frekuencë të lartë të ndryshimeve të tensionit çon në humbjen e vetive të përçueshmërisë njëkahëshe pn-tranzicioni. Është e qartë se sa më e madhe të jetë rryma e drejtpërdrejtë, aq më e madhe ngarkesa joekuilibri, aq më shumë kohë nevojitet për thithjen e saj (shkarkimi i kapacitetit të difuzionit), aq më e madhe është inercia. p-n- tranzicionit.
3.7. Thyej pn-tranzicioni
Rritja e tensionit të kundërt në një vlerë të caktuar kritike shkakton fenomenin e një rritjeje në formë orteku të rrymës së kundërt, e cila, nëse nuk merren masa për ta kufizuar atë, do të shkaktojë shkatërrim. p-n- tranzicionit. Ky fenomen quhet prishje. Mekanizmi i prishjes fizike është mjaft i ndërlikuar dhe mund të ndahet me kusht në dy lloje: termike dhe elektrike.
zbërthimi termik
Ndarja termike mund të thjeshtohet si më poshtë: kur kalon rryma e kundërt p-n- fuqia e tranzicionit lirohet P=U 0 Unë 0, e cila çon në ngrohjen e pjesës më të madhe të gjysmëpërçuesit. Shfaqet një lidhje termike pozitive, e cila, nëse nuk sigurohet ekuilibri termik (për shkak të heqjes efikase të nxehtësisë), do të çojë në shkatërrim termik. p-n- tranzicionit. Parandalimi i largimit termik është një sfidë e madhe inxhinierike dhe arrihet duke kufizuar sasinë e tensionit të kundërt dhe duke siguruar shpërndarje të mirë të nxehtësisë nga pn-Tranzicioni (instalimi pn-kalimi në pllaka heqëse të nxehtësisë-radiatorë, ventilim aktiv).
Në një rrymë të kundërt ideale, edhe me një tension relativisht të vogël të kundërt, nuk varet nga vlera e kësaj të fundit. Sidoqoftë, në studimet reale, vërehet një rritje mjaft e fortë e rrymës së kundërt me një rritje të tensionit të aplikuar, dhe në strukturat e silikonit rryma e kundërt është 2-3 renditje të madhësisë më e lartë se rryma termike. Një mospërputhje e tillë midis të dhënave eksperimentale dhe atyre teorike shpjegohet nga gjenerimi hermetik i transportuesve të ngarkesës drejtpërdrejt në rajon dhe ekzistenca e rrymave të kanalit dhe rrymave të rrjedhjes.
Rrymat e kanalit janë për shkak të pranisë së gjendjeve të energjisë sipërfaqësore që përkulin brezat e energjisë pranë sipërfaqes dhe çojnë në shfaqjen e shtresave të anasjellta. Këto shtresa quhen kanale, dhe rrymat që rrjedhin përmes kalimit ndërmjet shtresës së kundërt dhe rajonit fqinj quhen rryma kanali.
Kapacitetet p-n-bashkim.
Së bashku me përçueshmërinë elektrike, kryqëzimi ka gjithashtu një kapacitet të caktuar. Vetitë kapacitive janë për shkak të pranisë së ngarkesave elektrike në të dy anët e kufirit, të cilat krijohen nga jonet e papastërtive, si dhe nga bartësit e lëvizshëm të ngarkesave të vendosura pranë kufirit.
Kapaciteti ndahet në dy komponentë: pengesë, që pasqyron rishpërndarjen e ngarkesave në , dhe difuzion, duke reflektuar rishpërndarjen e ngarkesave afër . Në paragjykimin përpara të kryqëzimit, kapaciteti i difuzionit manifestohet kryesisht, ndërsa në paragjykimin e kundërt (mënyra e nxjerrjes), ngarkesat pranë (në bazë) ndryshojnë pak dhe kapaciteti i barrierës luan rolin kryesor.
Meqenëse voltazhi i jashtëm ndikon në gjerësinë, vlerën e ngarkesës hapësinore dhe përqendrimin e bartësve të ngarkesës së injektuar, kapaciteti varet nga tensioni i aplikuar dhe polariteti i tij.
Kapaciteti pengues është për shkak të pranisë së joneve të papastërtive të dhuruesit dhe pranuesit në kryqëzim, të cilat formojnë, si të thuash, dy pllaka kondensatorësh të ngarkuar. Me një ndryshim në tensionin e bllokimit, për shembull, një rritje, gjerësia e kryqëzimit rritet dhe një pjesë e transportuesve të ngarkesës celulare (elektronet në rajon dhe vrimat në rajon) thithet nga fusha elektrike nga shtresat ngjitur me kryqëzimin. Lëvizja e këtyre bartësve të ngarkesës shkakton një rrymë në qark
ku është ndryshimi i ngarkesës së shtresës së bashkimit të varfëruar. Kjo rrymë bëhet e barabartë me zero në fund të procesit kalimtar të ndryshimit të kufijve të tranzicionit.
Vlera për një tranzicion të mprehtë mund të përcaktohet nga shprehja e përafërt
ku janë sipërfaqja dhe trashësia në .
Me një rritje në tensionin e kundërt të aplikuar U, kapaciteti i pengesës zvogëlohet për shkak të një rritje në trashësinë e tranzicionit (Fig. 2.10, a).
Varësia quhet karakteristika e kapacitetit-tensionit.
Kur një tension i drejtpërdrejtë lidhet me kryqëzimin p-n, kapaciteti i pengesës rritet për shkak të një rënie në . Sidoqoftë, në këtë rast, rritja e ngarkesave për shkak të injektimit luan një rol të rëndësishëm, dhe kapaciteti i kryqëzimit përcaktohet kryesisht nga komponenti i difuzionit të kapacitetit.
Kapaciteti i difuzionit pasqyron procesin fizik të ndryshimit të përqendrimit të transportuesve të ngarkesave të lëvizshme të akumuluara në rajone për shkak të ndryshimeve në përqendrimin e transportuesve të injektuar.
Efekti i kapacitetit të difuzionit mund të shpjegohet me shembullin e mëposhtëm.
Lëreni të rrjedhë një rrymë e drejtpërdrejtë për shkak të injektimit të vrimave në rajonin bazë. Ngarkesa e akumuluar në bazë krijohet nga bartës të pakicës, proporcionale me këtë rrymë, dhe ngarkesa e transportuesve të shumicës, e cila siguron elektroneutralitetin e gjysmëpërçuesit. Me një ndryshim të shpejtë në polaritetin e tensionit të aplikuar, vrimat e injektuara nuk kanë kohë të rikombinohen dhe, nën veprimin e tensionit të kundërt, kthehen në rajonin e emetuesit. Transportuesit kryesorë të ngarkesës lëvizin në drejtim të kundërt dhe largohen përgjatë hekurudhës së energjisë. Në këtë rast, rryma e kundërt rritet shumë. Gradualisht, ngarkesa shtesë e vrimave në bazë zhduket (shpërndahet) për shkak të rikombinimit të tyre me elektrone dhe kthehet në -rajon. Rryma e kundërt reduktohet në një vlerë statike (Fig. 2.10. b).
Oriz. 2.10. Karakteristikat e kapacitetit-tensionit (a) dhe ndryshimi i rrymës me një ndryshim në polaritetin e tensionit (o): 1 - tranzicion i qetë; 2 - tranzicion i papritur
Kryqëzimi sillet si një kapacitet, dhe ngarkesa e kapacitetit të difuzionit është proporcionale me rrymën e përparme që më parë ka rrjedhur nëpër kryqëzim.
