Диоды в цепях ВЧ

Опубликовано 26.05.2010 Ведущий Антон Панкратов

Сейчас, с развитием электронной индустрии, всё больше и больше устройств работают в диапазонах ВЧ и СВЧ. Казалось бы, какая разница, высокая частота, низкая или вообще постоянный ток…. Но на самом деле, разница огромна - всё дело в том, что высокочастотный ток, ведёт себя совершенно иначе из-за возможности создавать передаваемые на расстояние, электромагнитные колебания. Да и многие компоненты начинают вести себя странным образом.… Давайте рассмотрим поведение диодов в ВЧ цепях.
Практически сразу после изобретения твердотельного диода, когда в качестве выпрямителя использовался кристалл-Гален, стало заметно, что чем острее заточена игла, упирающаяся в кристалл, тем качественнее получается детектирование сигнала.
Впоследствии, промышленностью стали производиться так называемые детекторные или точечные диоды, предназначенные для работы в ВЧ цепях различных радиоприёмников, например серии Д9.
Так в чём же различия между диодами 226-й серии, показывающими вполне удовлетворительные характеристики, но абсолютно неработоспособными на высокой частоте и точечными диодами, крайне маломощными, но в данном случае, практически незаменимыми?
Причина кроется в двух факторах, начинающих проявляться только с повышением частоты электрического тока.
Первый - это ёмкость П-Н перехода, смещённого в обратном направлении, так называемая переходная ёмкость. Из-за наличия этой ёмкости, диод оказывается, как бы зашунтирован конденсатором емкостью от нескольких пикофарад для точечных, и тысяч пикофарад для силовых выпрямительных диодов. Наличие этой ёмкости обуславливается структурой диода, который при обратном включении имеет две зоны, хотя и не очень хорошо, но проводящие ток, разделённые диэлектриком - запертым П-Н переходом. А значение ёмкости зависит от размера кристалла в корпусе диода, точнее от площади П-Н перехода, которая будет тем больше, чем мощнее диод.
Естественно, что для постоянного тока ёмкость в пикофарады - разрыв цепи, для частот в сотни килогерц - резистор с большим сопротивлением, а для СВЧ - проходной конденсатор, попросту проводник.
И второй - инертность диода, т.е. насколько быстро диод открывается и закрывается и напряжение, необходимое для того, чтобы его открыть. Эти два параметра взаимосвязаны между собой и наличие обоих обусловлено опять таки внутренней структурой П-Н перехода. Так чтобы открыть диод необходим некий потенциал, чтобы сдвинуть носители заряда в область П-Н перехода, а материал - он не зря назван Полупроводник - оказывает сопротивление этому процессу, и, чем больше объём кристалла, тем большее нужно напряжение, чтобы открыть диод. А при запирании - носители заряда должны вернуться на свои места, равномерно распределившись по всему объёму полупроводника, на что они затратят некоторое время, определяемое тем, насколько большой путь им придётся совершить, что опять-таки зависит от размера кристалла.
Таким образом, выпрямительный диод при работе на высокой частоте не успевает закрываться и через него создаётся значительный обратный ток.
Таково поведение диодов в токе высокой частоты.