阶跃恢复二极管简称阶跃管,它也是一种pn结二极管。它的特点是:在正向电压时,它与普通pn结二极管一样,有正向电流流过;而在反向电压作用下,它则表现为不同的特性,反向电流并不马上截止,而是仍然有足够大的反向电流流通,直到某一时刻,才会迅速变成截止状态。于是,在反向电流的波形上,就会形成所谓的“阶跃”。
为了实现阶跃管这种“阶跃”特性,在结构上它一般采用p nn 台式结构,在p 型半导体和n 型半导体之间有一层很薄的低掺杂的n层,形成了p n和nn 2个结。在正向偏置电压时,就会有大量空穴从p 区注人到n区,形成正向电流,由于n层的掺杂浓度低,没有足够的电子能与空穴复合,使得空穴在n区继续扩散,成为该区的少数载流子,并在扩散过程中继续不断与电子复合。若载流子的寿命大于外加电压的周期,则少数载流子的复合速度相对就慢得多。也就是说,在正向电压的半个周期内,只有少数空穴被复合,大量的空穴被储存在p n结的n区。空穴的寿命越长,则p n结n层中的储存电荷也就越多。而这时nn 结间由于掺杂浓度的不同产生了一个内建电场,这个电场将阻止n层中的少子空穴离开n层进入到n 层中去,使得n层储存的空穴电荷量得以增加,所以n层是少子空穴的有效储存层。当电压转为反向时,储存在n层中的电荷将被p n结内的电场拉回去,空穴回到p 区,形成反向电流。由于储存的空穴电荷量很大,因而反向电流也会很大,经过一段时问,储存的电荷被全部拉回到p 层时,反向电流就迅速降到零,出现了截止状态,形成了一个电流的阶跃。对于阶跃管来说,希望电流的这个阶跃越陡越好,即电流降到零的时间越短越好。为了提高阶跃的速度,n层的厚度就应尽可能薄。
阶跃管主要用于倍频,由于阶跃管存在电流的阶跃,这种电流的突然变化必然会产生大量谐波分量,阶跃时间越短,即电流的变化越陡,谐波分量就越丰富,因而作倍频器时可以实现高次倍频。变容管倍频器一般只能实现低次倍频,只有用几级变容管倍频器级联,组成倍频链,才能达到高次倍频的目的。阶跃管单级倍频器就可以得到10次~20次以上的倍频,可以作为高频率稳定度的小功率微波信号源,将石英晶体振荡器输出的低频(100mhz左右)信号直接倍频到微波频率。阶跃管亦可用作梳状频谱发生器,应用于频率合成器及锁相固态源中。利用阶跃管还可以产生很窄的脉冲,在毫微秒脉冲发生器、取样示波器中应用。
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