В электронике диод с ступенчатым восстановлением ( SRD, snap-off digod или charge-storage dig или memory varactor [a] ) — это полупроводниковый диод с переходом , способный генерировать чрезвычайно короткие импульсы. Он имеет множество применений в микроволновой (диапазон от МГц до ГГц) электронике в качестве импульсного генератора или параметрического усилителя .
Когда диоды переключаются с прямой проводимости на обратную отсечку, обратный ток протекает кратковременно, поскольку накопленный заряд удаляется. Именно резкость, с которой этот обратный ток прекращается, характеризует диод с ступенчатым восстановлением.
Первая опубликованная статья о SRD (Бофф, Молл и Шен, 1960 г.): авторы начинают краткий обзор, утверждая, что «характеристики восстановления некоторых типов диодов с pn-переходом демонстрируют разрыв, который может быть использован с выгодой для генерации гармоник или для производства миллимикросекундных импульсов». Они также ссылаются на то, что впервые наблюдали это явление в феврале 1959 г.
Основным явлением, используемым в SRD, является сохранение электрического заряда во время прямой проводимости , что присутствует во всех полупроводниковых диодах и обусловлено конечным сроком службы неосновных носителей заряда в полупроводниках . Предположим, что SRD смещен в прямом направлении и находится в стационарном состоянии, т. е. ток смещения анода не меняется со временем: поскольку перенос заряда в диоде в основном обусловлен диффузией, т. е. непостоянной пространственной плотностью носителей заряда, вызванной напряжением смещения, заряд Q s сохраняется в устройстве. Этот сохраненный заряд зависит от
Количественно, если устойчивое состояние прямой проводимости длится в течение времени, значительно большего, чем τ , то накопленный заряд имеет следующее приближенное выражение
Теперь предположим, что смещение напряжения резко меняется, переключаясь со своего стационарного положительного значения на более высокое постоянное отрицательное значение: тогда, поскольку определенное количество заряда было сохранено во время прямой проводимости, сопротивление диода все еще мало ( т.е. напряжение анод-катод V AK имеет почти такое же значение прямой проводимости ). Анодный ток не прекращается, но меняет свою полярность (т.е. направление своего потока), и сохраненный заряд Q s начинает вытекать из устройства с почти постоянной скоростью I R . Таким образом, весь сохраненный заряд удаляется за определенное время: это время является временем хранения t S и его приблизительное выражение равно
Когда весь накопленный заряд удален, сопротивление диода внезапно изменяется, достигая своего предельного значения при обратном смещении в течение времени t Tr , времени перехода : это поведение можно использовать для получения импульсов со временем нарастания, равным этому времени.
Дрейфовый ступенчатый восстановительный диод (ДДРВ) был изобретен российскими учеными в 1981 году ( Грехов и др., 1981). Принцип работы ДДРВ аналогичен ДДРВ, с одним существенным отличием — прямой ток 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» PN-переход, или, другими словами, «заряжая» PN-переход емкостно. При изменении направления тока накопленные заряды удаляются из базовой области.
Как только накопленный заряд уменьшается до нуля, диод быстро открывается. Высоковольтный всплеск может возникнуть из-за самоиндукции диодной цепи. Чем больше ток коммутации и короче переход из прямой в обратную проводимость, тем выше амплитуда импульса и эффективность импульсного генератора (Кардо-Сысоев и др., 1997).
В следующих двух книгах содержится всесторонний анализ теории неравновесного переноса заряда в полупроводниковых диодах , а также дается обзор приложений (по крайней мере до конца семидесятых годов).
В следующих примечаниях по применению подробно рассматриваются практические схемы и приложения с использованием SRD.
