Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 27
Текст из файла (страница 27)
(3.99)] или на ри 2йТ графике — отрезок прямой с угловым коэффициентом 1/2. ар Наконец, при очень больших прямых токах ВАХ лиода становится неэкспоненциальной из-за нарушения условий на р-л-переходе и на омическом переходе. Соответствующий отрезок на 11 Т 1 2 графике не будет прямой линней. Таким образом, построение ВАХ диода в полулогарифмическом масш- Ряс. 3.32. Прямая встав ВАХ диода: табе может дать информацию относи- 1 — участок малых токов; 2— ТЕЛЬНО ВОЗМОЖНЫХ МЕХВНИЗМОВ Про участок с преобладанием рекомхождения тока. Надо учесть, что пря- бннацнн носителей в р-«-оерехо. молинейные участки на этой кривой могут плавно переходить один в дру- тон,свнзаниыйсмодуляаяейсо. ГОй, ТВК ЧТО ОнредеЛИТь Их ГраНИНЬ1 протнвлеииа базм врн высоком уровне ннжекцнн; 5 — участок, ТОЧНО 1Ш ПРЕЛСТВВЛЯЕТСЯ ВОЗМОЖНЫМ.
свнзанныя с иаруыеиеем услоИногда некоторые участки отсутству- нв иа траницах б зы с р-«. ют. Так, для некоторых кремниевых лиодов участок, соответствующий рекомбинаннонному току, может сразу перейти в участок, соответствующий высокому уровню инжекции. Их границу обнаружить нельзя.
Искажает вид характеристик также изменение времени жизни носителей, температуры, наличие каналов поверхностной электропроводности и т. п. 1 эль. пеРехОдные пРОцессы В ДИОДАХ Переходные процессы в полупроводниковых диодах связаны в основном с двумя явлениями, происходящими при быстром изменении напряжения на лиоде или тока через диод. 133 Первое из ннх — это накопление неосновных носнтелей заряда в базе диода прн его прямом включеннн н нх рассасыванне прн уменьшения напряжения.
Так как электрическое поле в базе диода обычно невелико, то движение неосновных носителей в базе определяется законами диффузии н пронсходнт относнтельно медленно. Поэтому накопление носителей в базе н нх рассасыванне могут влнять на свойства днодов в режнме переключения. Второе яаленне, пронсходящее в диодах прн нх переключении, — это перезарядка барьерной емкости, что также происходит не мгновенно н поэтому может влиять на свойства диодов. Прн сравнительно больших плотностях прямого тока через диод существенно накопление неосновных носителей в базе диода, а перезарядка барьерной емкости днода является второстепенным процессом.
Прн малых плотностях тока переходные процессы в диоде определяются перезарядкой барьерной емкости диода, накопление же неосновных носнтелей заряда в базе практически не сказывается. Временнйе завнснмостн напряжения н тока„характеризующие переходные процессы в полупроводниковом диоде, зависят также от сопротнвлення внешней цепи, в которую включен диод. Поэтому рассмотрнм четыре предельных случая переходных процессов в полупроводниковом диоде с несимметрнчным р+-л-переходом, Возннкает некоторое установившееся состоянне, характернзующееся таким распределением дырок в базе, прн котором нх концентрация превышает равновесную вблизи р-и-перехода и сянжается, стремясь к равновесной, прн удаленнн от него в глубь базы (кривая 4 на рнс. 3.33,д).
О значении тока через р-и-переход можно суднть по градиенту концентрацнн дырок в базе диода около р-и-перехода (см. $ 3.4). Градиент концентрации дырок около р-и-перехода возрастает лл а) 0 рл Процессы прн больших нанряженнях н токах Работа днода в схеме с генератором напряжения. Рассмотрим процессы, пронсходящне а полупроводниковом диоде прн его включения на генератор напряжения, т.
е. прн включения диода в цепь с малым полным сопротнвленнем (в том числе и с малым сопротнвленнем источника пнтання) по сравнению с сопротнвленнем диода. Прн подаче на днод прямого напряженна ток через днод устанавливается не сразу, так как с течением времени происходит накопление в базе ннжектнрованных через р-л-переход неосновных носителей (дырок) н уменьшенне в связи с зтнм сопротнвлення базы (рнс.
З.ЗЗ). Этот процесс модуляции сопротивления базы пронсходнт не мгновенно, так как накопление дырок в базе диода связано с относительно медленным процессом днффузнн нх от р-и-перехода в глубь базы. По мере накопления дырок н уменьшения сопротивления базы пронсходнт перераспределение всего внешнего напряжения между сопротивлением базы н р-и-переходом; падение напряженна на базе днода уменьшается (рнс. 3.33, б), а на р-и-переходе увелнчннается (рнс. 3.33, в), вызывая увеличение уровня ннжекцнн (рнс.
З.ЗЗ, д). Прн длнтельном прохождения прямого тока процесс ннжекцин дырок уравновешнвается процессом нх рекомбинации. 134 ! ' ! ' 1(()! ! (! )(! ! ! илес 0 Рнс. 3.33. Завнснмость от времене папрпженна па дподе (а), напряженна на базе днода (б), напрюкеппп на р-и-переходс (а) и тока еврее днод (г) прн работе днода на болыннх пмпульсах папрпженнп от генератора напрпженпп, а также распределение коннентраинн неосновных носптелед в базе дпода в различные моменты временн прн вклюеенпп днода в прямом направленнн (д) и при перехлезчепнн его на обратное папрпженне (е) гаа г) 0 'аас с увеличением напряження на р-п-переходе прн постоянном напряженна на диоде н прн уменьшеннн напряженна на базе диода (рнс.
3.33, д). Следует отметить, что сопротивление базы диода уменьшается не только нз-за увеличения концентра цнн неосновных носителей (дырок), но н нз-за увеличения концентрации основных носителей (электронов). Концентрация электронов около р-и-перехода возрастает в соответствии с прннцнпом электрической ней- 135 зяр 0) 0 б) ! ! ! ! иргр 0) ! ! (! ! ! )~ 0 ) 2 з 4 0 ри рла 0 а) 0 Х Рис. 334.
Зависимость от времени тока через диод (о), нвпряжения нв бизе (б), нвпрпжения нв р-и-переходе (в) н нвпрнження нв диоде (г) при работе днодв нв больших импульсах тока в схеме с генервтором тока, в также рвспределение концентрации иеосновных носителей заряда в базе диода в различные моменты времени при включении диода (д) и при выключении диодв (е) Процессы нрн малых напряжения* и токах Рис.
3.33. Зависимость от вре. мени напряжения ив диоде (о), напряжения нв р-и-переходе(б) и тока через диод (в) при малых импульсах нвпряжения в схеме с генератором ивпряжения, в гвкже зквнввлентнвп схемв диодв для малых гигнвлов (г) !37 136 тральиости, согласно которому в любой части базовой области сумма всех зарядов должна быть равна нулю. Очевидно, что число накопленных дырок в базе тем больше, чем больше ток через диод и чем больше время жизни дырок. Кроме того, число накопленных дырок зависит от геометрии базы. При переключении диода с прямого напряжения на обратное в начальный момент наблюдается большой обратный ток, ограниченный в основном последовательным сопротивлением базы диода.
Источник питания вместе с сопротивлением базы в это время можно считать генератором тока для р-п-перехода. После переключения диода на обратное напряжение начинается процесс рассасывания неосновных носителей, накопленных в базе. Из-за ограничения обратного тока концентрация дырок в базе около р-и-перехода не может мгновенно уменьшиться до равновесного значения. Пока концентрация дырок в базе около р-и-перехода превышает равновесное значение, на р-и-переходе сохраняется прямое падение напряжения (рис. 3.33, в). После уменьшения концентрации дырок в базе около р-л-перехода до нуля обратный ток начинает уменьшаться со временем, о чем свидетельствует уменьшение градиента концентрации дырок около р-и-перехода (рис.
3.33, е). С течением времени все накопленные в базе дырки уходят через р-и-переход или рекомбииируют в базе диода, в результате чего обратный ток уменьшается до стационарного значения тока насыщения (рис. 3.33, г). В это время заканчивается восстановление обратного сопротивления диода. Процесс рассасывания накопленных носителей происходит значи- тельно медленнее процесса их накопления, поэтому именно процесс рассасывания и определяет частотные свойства большинства диодов. Работа диода в схеме с генератором тока соответствует включению диода в схему с большим сопротивлением, которое и определяет значение тока в цепи с диодом.
Рассмотрим процессы, происходящие в диоде, при прохождении через диод импульса прямого тока прямоугольной формы (рис. 3.34). В первый момент прохождения через диод импульса прямого тока на диоде падает относительно большое напряжение, которое в дальнейшем уменьшается из-за уменьшения сопротивления базовой области диода, связанного с накоплением неравновесных носителей в базе. После окончания процесса накопления неосновиых носителей в базе напряжения на диоде, иа базе диода и на р-и-переходе достигают установившихся значений.
Распределение дырок в базе в это время также соответствует некоторому установившемуся состоянию (кривая 0 на рис. 3.34, д). В момент окончания импульса тока через диод, т. е. в момент разрыва цепи с диодом исчезает падение напряжения на объемном и) а сопротивлении базы диода (рис. 3.34, б). Концентрация дырок в базе около р-и-перехода мгновенно изме- ы ииться не может. Поэтому напряже- лдв ние иа р-л-переходе и соответствен- ) но иа диоде после выключения тока уменьшается замедленно по мере рекомбинации неравновесных носителей в базе.
Изменения в распределении концентрации дырок в базе диода со временем показаны иа рис. 3.34,е. Остаточное напряжение на диоде уменьшится до нуля после рекомбинации всех неравновесных носителей заряда в базовой области диода. Работа диода в схеме с генератором напряжения. При приложении к диоду малого прямого напряжения (рис. 3.35) эффект модуляции сопротивления базы диода из-за малого уровня инжекции пренебрежимо мал. Поэтому сопротивление диода в данном случае имеет емкостный Рис. 3.36. Зависимость тока через диод (п) и иацрижеиии иа диоде (б) при работе диода иа малых импульсах тока в схеме с генератором тока 4 злр.
Вмпрймительнме ПЛОСНОСТНЬй НИЗНОЧДСТОТНМЕ ДИОДЬ1 Выпрвмительпыд диод — зто полупроиодиикоиыа диод, ирециазиачепама дли иреобразоваиии иеремеииого тока в постоиииыз. Выпрямительные плоскостные низкочастотные диоды обычно используют для выпрямления переменного тока промышленной частоты (50 Гц).
В бортовой аппаратуре частота переменного напряжения составляет 400 Гц. Значительно реже выпрямительные низкочастотные диоды должны работать при еще больших частотах. Так, в транзисторных преобразователях напряжения частота переменного тока, выпрямляемого диодом, достигает нескольких десятков кнлогерц. Из основных и справочных параметров выпрямительных диодов необходимо отметить: 1) максимально допустимый прямой ток т'„г „„; 138 характер.
В первый момент напряжение на р-и-переходе близко к нулю, а ток через диод ограничен только сопротивлением базы диода (рис. 3.35). По мере заряда барьерной емкости напрнжеиие на р-и-переходе н ток через диод стремятся к некоторым установившимся значениям, которые определяются активной составляющей сопротивления р-л-перехода. В момент переключения диода напряжение на барьерной емкости не может измениться мгновенно, оно достигает установившегося значения через некоторое время.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
