Основные характеристики и параметры диодов

 

Зависимость постоянного тока через полупроводниковый диод от напряжения называется вольт-амперной характеристикой (ВАХ)

(1)

Вид ВАХ реального диода определяется многими факторами, влияние которых различно в зависимости от конструкции диода, свойств п/п материала, состояния поверхности п/п, температуры окружающей среды.

Теоретически ВАХ диода определяется как для p-n перехода (рис). Реальная ВАХ диода отличается от идеальной и теоретической, описываемой как для p-n перехода

обратная ветвь (2)

прямая ветвь (3)

Рассмотрим расхождение теоретической и реальной ВАХ диода

 

1. Участок 0÷1

, так как

(4)

где - тепловая генерация носителей в области объемного заряда порождает ток термогенерации, когда электроны и дырки разделяются электрическим полем перехода, увеличивая ток на величину - теплового тока генерации.

Ge ,

 

Si .

 

В равновесном состоянии диода уравновешивается током рекомбинации , который обусловлен теми носителями (p, n), которые проникают в область p-n перехода, но не имеют энергии, чтобы перейти в смежную область. Имеют малую скорость и соответственно успевают рекомбинировать.

Ток уравновешивается током .

В неравновесном состоянии компенсация токов и нарушается.

: > , >> при d.

Si - главная компонента при 20 , при росте t ток растет быстрее. Обычно при t =100 .

Ge при 20 доминирует ток , ток - при отрицательных температурах.

- ток утечки (по поверхности п/п могут образовываься каналы, шунтирующие переход).

 

Участок 1÷2. Предпробойное состояние. Характеризуется увеличением обратного тока .

 

Участок 2÷3. Пробой. У кремниевых диодов сначала идет электрический пробой (обратимый). Для маломощных диодов характерен лавинный пробой, обусловленный размножением носителей заряда в области перехода при высокой напряженности электрического поля за счет ударной ионизации. Если ток, протекающий через переход в режиме лавинного пробоя, ограничен сопротивлением внешней цепи и рассеиваемая в диоде мощность не вызывает недопустимого перегрева диода, то необратимого изменения ВАХ не происходит, после снятия перенапряжений диод восстанавливает свои свойства.

При воздействии сильного электрического поля непосредственно на кристаллическую решетку п/п материала возникает туннельный пробой, который возможен при уровне легирования порядка и напряжении обратного смещения U>5В.

Для германиевых диодов (Ge), как правило, электрический пробой сразу переходит в тепловой. У некоторых диодов возможен только тепловой пробой.

 

Участок 3÷далее. Тепловой пробой. Свойственен для мощных выпрямительных диодов, когда нарушается тепловое равновесие выделяемое в p-n переходе количество теплоты превышает отдаваемое окружающей среде. Тепловой пробой необратим.

На практике определяют по ВАХ путем экстраполяции характеристики до пересечения с осью ординат ВАХ.

,

 

- характеризует «средний» наклон кривой

Для расчета берут следующую эквивалентную схему ----------------------------à

Параметры схемы (модели) определяют по справочникам или путем измерений.

Участок 0÷4. Прямая ветвь. U>0. Барьер уменьшается и носители глубже проникают в переход. Увеличивается вероятность их рекомбинации, ток возрастает.

для Si играет главную роль. Для Ge играет роль при отрицательных температурах.

При U>0,2 – 0,3 В ток становится больше .

 

Участок 4÷5 à далее.

Расхождение экспериментальной и теоретической ВАХ связано с влиянием падения напряжения на сопротивлении базы . (Пассивных базовых областей).

Изменяется для различных диодов от 0÷20 до 20÷30 Ом.

В уравнение ВАХ необходимо ввести поправку

В области малых токов падением напряжения на сопротивлении базы пренебрегают. При больших значениях влияние становится существенным. ВАХ вырождается в прямую линию (участок 4÷5), так называемый омический участок.

 

- по справочникам или индивидуальным характеристикам.

 

Характеристическое сопротивление

а) Дифференциальное сопротивление определяется как

, для прямой ветви I>> .

На обратной ветви и

На прямой ветви обычно задают ток, так как малое приводит к значительным изменениям тока. - несколько Ом.

б) При расчетах пользуются сопротивлениями постоянному току .

.

На обратной ветви

В нулевой точке ВАХ определяют из

Ge - - измеряется на переменном токе, используется для расчета тока , который трудно измерить на постоянном токе. На прямой ветви определяют.

С ростом T растет , обуславливая тепловой пробой.

Тепловое рассеивание подвижных носителей и сокращение в p-n переходе. Лавинный пробой p-n перехода. (Слой обеднен носителями). Пробой при больших значениях .

Обратный ток возрастает, так как растут токи и

, где А=2 для Ge

А=2,5 для Si

, но при больших прямых токах основную роль играет электропроводность базы, которая уменьшается с ростом T в рабочем диапазоне температур.