Полупроводниковый диод инерционен по отношению к достаточно быстрым изменениям тока или напряжения, поскольку любое новое распределение носителей устанавливается не сразу. Как известно, внешнее напряжение меняет ширину перехода, уровни инжекции и экстракции, а следовательно и заряды в области базы (роль зарядов в эмиттере мало существенна). Это обуславливает переходные процессы в диодах, т.к. определяет процессы, происходящие внутри р-п -перехода и в объеме полупроводника при быстром изменении напряжения или тока.
Рассмотрим результат воздействия ступенчатого напряжения большой амплитуды на диод, включенный в схему рис.2.13.
Мы уже знаем, что под воздействием положительного входного напряжения через диод протекает значительный прямой ток, величина которого определяется амплитудой импульса E1, сопротивлениями нагрузки Rн и диода Rпр в прямом направлении.
При этом в базе, вблизи р-п- перехода создается избыточная концентрация неосновных носителей заряда (которая во много раз может превышать равновесную концентрацию) уменьшающая сопротивление базы. Этот процесс модуляции сопротивления базы происходит не мгновенно, т.к. накопление дырок (либо электронов) в базе диода связано с относительно медленным процессом диффузии неосновных носителей от р-п- перехода вглубь базы.
Следует отметить, что сопротивление базы уменьшается не только из-за увеличения концентрации неосновных носителей, но и из-за увеличения концентрации основных носителей. Это связано с соблюдением принципа электрической нейтральности (сумма зарядов = 0).
По мере накопления неосновных носителей и уменьшения сопротивления базы происходит перераспределение всего внешнего напряжения между сопротивлением базы и р-п- переходом: падение напряжения на базе диода Uб уменьшается (рис.2.13,в), а на р-п- переходе Up-n – увеличивается (рис.2.13,г), вызывая увеличение уровня инжекции. При длительном прохождении прямого тока процесс инжекции уравновешивается процессом рекомбинации (интервал t2 - t3).
Заметим, что число накопленных зарядов будет тем больше, чем больше ток через диод и время жизни неосновных носителей заряда.
Рис.2.13
При переключении входного напряжения (с прямого Е1 на обратное Е2) в момент времени t3 наблюдается резкое увеличение обратного тока (рис.2.13,д), т.к. ранее накопленные неосновные носители из базы возвращаются в область эмиттера. Сопротивление р-п- перехода еще равно нулю и ток Iобр.мах= Е2/(rб + Rн) (максимальный ток восстановления) ограничивается в основном сопротивлением rб и нагрузки. По мере протекания обратного тока количество избыточных носителей заряда в базе уменьшается как за счет «втягивания» их в эмиттерную область, так и за счет рекомбинации. При этом ток спадает до установленного значения I0, а обратное сопротивление возрастает до Rд обр.
Интервал времени между моментом переключения напряжения на диоде с прямого на обратное t3 и моментом, когда обратный ток достигает значения 1,1I0, называют временем восстановления обратного сопротивления (тока) и обозначают 
.
Процесс рассасывания накопленных носителей происходит значительно медленнее процесса их накопления, поэтому именно процесс рассасывания и определяет частотные свойства большинства диодов.
Если приложенное к диоду прямое напряжение в момент t3 резко уменьшится до нуля, то напряжение на диоде сначала также уменьшится скачком на некоторую величину Iпрrб, а затем будет спадать постепенно, т.к. избыточная концентрация в базе не может измениться мгновенно (рис.2.14).
По мере спада избыточной концентрации уменьшается остаточное напряжение. Этот процесс является самым медленным из выше рассмотренных переходных процессов, т.к. снижение количества избыточных носителей идет только за счет процесса рекомбинации.
Отметим, что наличие избыточной концентрации носителей заряда в базе приводит к снижению прямого сопротивления диода Rд.пр. После подачи импульса прямого напряжения электропроводность базы возрастает постепенно по мере наполнения ее носителями заряда. Интервал времени, за которое устанавливается прямое сопротивление диода до 1,1Rд.пр называется временем установления прямого сопротивления (напряжения) и обозначается 
.
Наибольшее импульсное сопротивление определяется как
Rи макс = Uпр имп/Iпр имп.
Рис.2.14 Рис.2.15 Рис.2.16
В случае приложения к диоду малого прямого напряжения (рис.2.15) эффектом модуляции сопротивления базы (из-за малого уровня инжекции) можно пренебречь. При этом сопротивление диода будет носить емкостной характер и напряжение на переходе в момент t1 будет равно нулю. Ток через диод определяется как 
. В процессе заряда емкость (С барьерная), напряжение на р-п- переходе и ток через диод достигают в момент t2 установившегося значения, определяемого величиной активной составляющей сопротивления р-п- перехода.
При переключении полярности входного напряжения, начинается процесс разряда (перезаряда) емкости Сб и напряжение на ней достигает установившего уровня через некоторое время (t4 - t3). Ток через диод также зависит от времени, что характерно для емкостного сопротивления.
Таким образом, при больших плотностях тока через диод определяющим длительность переходного процесса является накопление неосновных носителей в базе при его прямом включении и их рассасывание при обратном, а при малых плотностях – заряд и разряд барьерной емкости. Оказывают на длительность переходных процессов и параметры внешней цепи Rн, Сп, Ri и др.
При измерении некоторых типов диффузионных быстродействующих диодов было обнаружено, что отношение 
(рис.2.16) может быть значительно выше, чем дает теоретическая оценка в 30 - 50 раз.
Проведенные исследования показали, что причиной изменения соотношения длительностей двух фаз переходного процесса является тормозящее электрическое поле, имеющиеся в базе всех диффузионных диодов.
Электрическое поле возникает вследствие неравномерности распределения примесей после диффузии, при этом направление его в базе таково, что оно препятствует движению дырок от р-n- перехода к омическому контакту. Вследствие этого заряд избыточных дырок в базе диффузионного диода перераспределяется таким образом, что основная его часть скапливается вблизи р-n- перехода.
При переключении на обратное напряжение, тормозящее поле продолжает «поджимать» дырки к р-n- переходу, что приводит к удлинению фазы высокой обратной проводимости. В момент, когда концентрация дырок у р-n- перехода спадает до нуля, полное количество избыточных дырок в базе оказывается ничтожным и вследствие этого фаза восстановления обратного сопротивления протекает очень быстро.
При создании достаточно сильного тормозящего поля удается повысить отношение t1/t2 до 30 - 50 и переходная характеристика диода (с тормозящим полем) приобретает почти прямоугольный вид.
Диоды с тормозящим полем получили название диодов с резким восстановлением обратного сопротивления или диодов с накоплением заряда (ДНЗ).
На базе ДНЗ созданы диодные усилители с предельной частотной, превышающей 1 ГГц, формирователи импульсов пикосекундной длительности, эффективные генераторы гармоник гигагерцевого диапазона.
2.5. Выпрямительные плоскостные низкочастотные диоды
Такие элементы используются для: выпрямления переменных токов частотой 50 Гц-2кГц; развязки в электрических цепях; в цепях управления и коммутации; ограничения выбросов напряжений в схемах с индуктивными элементами; во всех сильноточных цепях, где необходим вентильный элемент и не предъявляется жестких требований к временным и частотным параметрам электрического сигнала.
В настоящее время наибольшее распространение получили кремниевые выпрямительные диоды, которые имеют во много раз меньшие обратные токи чем германиевые. Такие диоды созданы с очень высокой величиной допустимого обратного напряжения (до 1500 - 4000 В), определяемой напряжением пробоя р-n- перехода. Для сравнения систем, что для германиевых диодов эта величина составляет 100 - 400 В.
Работоспособность диодов на основе GaAs способны работать до 200 и даже 800 оС, кремниевые диоды сохраняют работоспособность в интервале температур от (- 60) до +(125 - 175) оС, а германиевых от (- 60) до + (70 - 85) оС. Это обусловлено тем, что при температурах выше 85 оС тепловая генерация электронно-дырочных пар в германии становится столь значительной, что происходит резкое увеличение обратного тока, и эффективность работы выпрямителя падает.
Однако в выпрямительных устройствах низких напряжений выгоднее применять германиевые диоды, которые дают возможность получить величину сопротивления в прямом направлении в полтора-два раза меньшую, чем у кремниевых при одинаковом токе нагрузке, т.е. мощность рассеиваемая внутри германиевого диода, будет во столько же раз меньше.
Основными методами получения плоскостных р-n- переходов для выпрямительных диодов являются сплавление и диффузия.
Переход сплавного кремниевого диода образуется вплавлением алюминия в кристалл кремния n- типа или вплавлением сплава олова с фосфором либо золота с сурьмой в кристалл кремния р- типа. При создании диффузионным методом используют диффузию фосфора в р-Si, либо диффузию бора в n-Si. Электронно-дырочные переходы большинства германиевых плоскостных диодов изготавливают путем вплавления индия в n-Ge.
Для маломощных кремниевых плоскостных диодов наибольшее распространение получил метод вплавления. Вместе с тем метод диффузии позволяет получать р-n- переходы большой площади, т.е. мощные диоды.
Характерные зависимости ВАХ германиевых и кремниевых диодов от температуры приводились на рис.1.17.
Конструкции маломощного Si кремниевого сплавного диода и мощного выпрямительного диода приведены на рис.2.17,а,б соответственно, где
1 - кристалл,
2 - припой,
3 - кристаллодержатель;
4 – внешние выводы (гибкие у маломощных, балочные и винтовые у мощных);
5 - корпус;
6 - стеклянный изолятор;
7 - внутренний проводник (Al, Cu).
В мощных диодах кристаллодержатель представляет собой массивное теплоотводящее основание с винтовым выводом (для крепления к радиатору) и плоской внешней поверхностью для обеспечения надежного теплового контакта с внешним теплоотводом-радиатором. Размеры кристалла значительно больше, чем у маломощных диодов. Иногда между кристаллом и основанием помещают пластинку из вольфрама или ковара, имеющего примерно тот же коэффициент линейного расширения, что и кремний с целью снижения механических напряжений в кристалле при изменении температуры.
При необходимости получить выпрямленный ток, превышающий предельно допустимое значение для одного диода, применяют параллельное включение однотипных диодов. Для выравнивания разброса величин прямых сопротивлений диодов Rпр последовательно подключают добавочные сопротивления Rдоб небольшой величины (рис.2.18,а).
В высоковольтных цепях используют последовательное соединение диодов при этом напряжение распределяется между всеми диодами. В этом случае, из-за различия величин Iобр отдельных диодов, большая часть приложенного напряжения будет падать на диоде с наименьшим обратным током и обратное напряжение может превысить допустимое Uобр.макс, что приведет к его пробою. Для искусственного выравнивания напряжений диоды шунтируют резисторами Rш, величины которых (все одинаковые) малы по сравнению с обратным сопротивлением диодов (рис.2.18,б). Определение величин этих сопротивлений можно произвести по формулам:
а б
Рис.2.17
где Im - амплитудное значение тока нагрузки, постоянный прямой ток; Uм – максимальное обратное напряжение, прикладываемое к вентильной цепи; n - число диодов; коэффициент 1,1 учитывает 10% разброс применяемых резисторов.
Для выравнивания обратных напряжений иногда используют шунтирование диодов конденсаторами. Применение емкостных шунтов обеспечивает равномерное распределение напряжений в широком диапазоне частот и не приводит к дополнительной потере мощности. Величины шунтирующих емкостей подбираются экспериментально.
а б
Рис.2.18
При выпрямлении синусоидальных напряжений могут быть достигнуты различные величины постоянной составляющей. Так в одно-полупериодном – 0,318 Uвх, в двух-полупериодном 0,638 Uвх, в мостовых схемах = 1,3 Uвх (рис.2.19,а, б, в соответственно). Причем при правильно подобранной емкости нагрузки форма Uвых изменяется. Из осциллограмм напряжения на нагрузке понятно, почему максимально допустимое обратное напряжение на диоде оценивается минимально как 2Uвх (рис.2.19,г).
Рис.2.19