Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (2000) (1095415), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Длн кремния 1. !!и (000. Ток 1„, также зависит и от типа применяемого полупроводникового материала. Для германиевых диодов всегда !те<!гак+!о. Для некоторых типов кремниевых диодов наоборот 1тг>1гек+1е. С учетом сказанного приближенно можно считать, что для германпевых диодов ! е,=!о, т. е. обратным током является тепловой ток, поэтому он в большой степени подвержен температурным нз- ' Эффект Эрлн заключается в том, что ион увеляченни модуля обратного и.щряжения, приложенного к р.л-переходу, увеличивается область, обедненная иоленжимми носителями заряда — злектронамк и джэками, а результате чего излщина р.л-перехода возрастает. 2! менениям и превышает значения обратных токов кремниевых диодов на несколько порядков.
Для кремниевых диодов 1»»р=1г»+1т . Реальные обратные токи германиевых диодов, для которых 1о на 7 ... 8 порядков больше, чем для кремниевых, отличаются от обратных токов кремниевых диодов примерно на 3 порядка. Вольт-амлерная характеристика реального диода имеет внд, приведенный на рис. 2.2,6 (сплошная линия). Из нее следует, что при определенном значении обратного напряжения К,»р= (у„рь» иачлнается лавнннообразный процесс нарастания тока 1 »р, соответствующий электрическому пробою р-п-перехода (отрезок АВ на рис.
2.2,б). Если в этот момент ток не ограничить, то электрический пробой переходит в тепловой (участок ВАХ после точки В). Такой процесс нарастания тока 1 ер характерен для кремнкевых диодов. В гермаииевых диодах при увеличении обратного напряжения тепловой пробой р-и-перехода наступает практически одновременно с началом лавиннообразного процесса нарастания тока 1,»,. Электрический пробой обратим, т. е. после уменьшения напряжения 0,»р работа диода соответствует пологому участку обратной ветви ВАХ.
Тепловой пробой необратим, так как разрушает р-п-переход. Тепловой пробой обусловлен ростом числа носителей в р.п-переходе. При некотором значении пробивного напряжения ((1„,») мощность, выделвющаяся в диоде (Рд =(1„»р1»»р), не успевает отводиться от перехода, что ведет к увеличению его температуры и, следовательно, обратного тока и дальнейшему повышению температуры. Возникает положительная обратная связь н переход вследствие перегрева разрушается. Пе трудно видеть, что напряжение теплового пробоя сильно завислт от тока 1,»р н условий охлаждения прибора.
Так как для диодов, изготовленных на основе германия, 1»»„больше, чем для диодов на основе кремния. то для первых вероятность теплового пробоя выше, чем для вторых. Поэтому максимальная рабочая температура окружающей среды н, следовательно, перехода для кремниевых диодов выше, чем для германиевых (соответственно 75...90'С против )50... ...
20«г. С). Прямая ветвь ВАХ реального диода (см. ряс, 2.2, б) также отличается от ВАХ идеального р-и-перехода. Это объясняется тем, что выражение (2.)) не учитывает влияния объемного сопротивления базы )г'а диода при больших уровнях инжекцин '. Действительно, концентрация основных носителей заряда и области базы, как уже отмечалось, значителшю меньше, чем в области эмиттера, что выражается в существенном различии сопротивлений ' ««огаа число иныектируеных неосновкых дая области базы носителея зарядя становятся значительно больше основных «яяя нашего случая р 'а'и»), уровень ияжекннп считается большин.
22 >гид областей (йвЪгсэ). Значение )тв зависит от типа диода н мажет изменяться от десятых долей до нескольких десятков ом. 1(влнчие существенного объемного сопротивления базы приводит к неравенству значений напряжений на выводах диода (Уд) н па его электронно-дырочном переходе (Увэ). Эта разница тем выпге, чем больше прямой ток диода, нбо Увэ 0д — Ин. В то же время аналитическое выражение (2.2) для ВАХ идеального р-л. перехода не учитывает падение напряжения в области базы, равное Ив, и подразумевает под У (лд только значение 0вз. Под«тавив в выражение (2.1) реальное значение (лпэ и пренебрегая единицей для больших уровней нижекцни получим уравнение, опигывающее прямую ветвь ВАХ реального диода ид-ьтв "т лобр Е нлн Е7 = рт (п (у1у ар) + Ив При !2ь1,о„что соответствует большим уровням инжекции, слагаемым, включающим 1и(//Т,ер), можно пренебречь.
Тогда прямая ветвь ВАХ реального диода описывается линейной зависимостью (л'=Ив Этот участок ВАХ называют омичсским участком прямой ветви. Строго говоря, сопротквлевне кв ке остается постоянным прн взмененкк прямого тока диода. Совротквлекне базы завкснт от плотности тона, т, е. й п связанное с ннм повмшенке концентрашш избыточных веосповкых носите. лей в базе пркводнт к умекьшенню йп.
Явлекне уменьшенвя сопротнвлекня Пазовой обпастк пслупроводннкового првбора вследствке вншекцкн в нее кеос. конных носнтелей пз прямосмешенного р.п-перехода называется модулянлед солрогквлеяая базьс Совместное влнякпе йп к модулкнкп этого сопротквленвя пркводят к сохранснню зкспокекцналькпго характера ВАХ в областп больших токов.
Однако лкнейкость ВАХ реальнык днодов в сбластк полынях токов для большннства случеев является допусткмой аппрокспмаккей. Прямой ток диода также зависит от температуры окружающей среды, возрастая с ее повышением, хотя в значительно меньшей степени, чем обратный ток. Характер изменения прямой ветви ВАХ при изменении температуры показан на рис. 2.2,б (штриховая кривая для Тт>Ть где Т|=Тв=ЗОО К вЂ” комнатная температура).
При расчете падения напряжения на прямосмещенном полупроводниковом диоде можно полагать, что значение прямого падения напряжения уменьшается примерно на 2,0„.2,2 мВ, при нз- 23 мененин температуры иа ! К. т, е, ЩТ) — Ь(Т») = — (2,0...22) (Т вЂ” Ть) П000 В. Для оценки температурной зависимости прямой ветви ВАХ диода служит температурный коэффициент напряжения (ТКН), к-'. ТКН.= ЬИ|ЯЬТ).
(2,3) Этот коэффициент показывает относительное изменение прямого напряжения за счет изменения температуры на ( К при некотором значении прямого тока. Сопротивление и емкости диода. Полупроводниковый диод ха. рактеризуется сгаэическцм и дифферен>4иильнььи (динамнческим) сопротивлениями, легко определяемыми по ВАХ. дифференциальное сопротивление (гд) численно равно о~ношению бесконечно малого приращения напряжения к соответствующему приращению тока в заданном режиме работы диода н может быть определено графически как котангенс угла между касательной в рассматриваемой рабочей точке ВАХ диода и осью абсцисс (штриховая линия на рис. 2.2,б с углом наклона (>): гд И5(гИ ю МЗ~М (т4т>) сЩ, (2.4) где МУ и А( — консчпиг приращения напряжения и тока вблизи рабочей >очки С; >и» и н» вЂ” молигабы осей напряжения и тока.
Статическое сонро>нплгн>ц ((<,,) численно равно отношению напряжения на элемент< (! к яр<мскакнцсму через уего току (ь (см. рис. 2.2,б). Это сопротивление равно котангснсу угла наклона прямой, проведенной нз начала координат через заданную рабочую точку ВАХ, к оси абсцисс: И, (Тс(Тд (тг>/т>)с(йь, (2.5) В зависимости от того, на каком участке ВАХ расположена заданная рабочая точка, значение г>'„может бить меньше, равно или больше значения гд. Однако (г„всегда положительно, в то время как гд может быть н отрицательным, как, например, в случае туннельного диода.
При работе на высоких частотах н в импульсных режимах начинает играть роль емкость диода Сд, измеряемая между выводами диода при заданных значениях напряжения и частоты. Эта емкость включает емкость перехода С мь образованную диффу. зионной (С».ь), зарядной (барьерной С„,) емкостями, и емкость С корпуса диода С =С, +С,+С„. Диффузионная емкость возникает в приконтактном слое р.л-пе. рехода за счет изменения количества диффуидируемых дырок и электронов, т. е.
за счет изменения заряда, вызванного изменением 24 нрнмого напряжения. Как любая емкость, оиа может быть представлена как изменение заряда Ье,"т, отнесенное к вызвавшему его изменению напряжения Л(/ ~,н~ = д(~~дУ, (2.6) Зависимость Сл,о от значения прямого тока lнр имеет внд: С,„ = †' (7„„ + у„ея) ,.
ЫТ (2.7) !де та — время жизни ' дырок в базе диода п-тнпа. Дяффузиоииая емкость будет тем больше, чем больше прямой т»к через переход и чем больше время жизни неосиовных носителей заряда для области базы диода. Из выражения (2.7) следует, что диффузионная емкость обращается В нуль при тнр= теор. Особенностью диффузионной емкости является то, что оиа представляет собой до некоторой степени фиктивную емкость. Наличие ен~й емкости ие связано, например, с протеканием токов смещения ° грез переход, Однако это замечание касается только физического с»держания диффузионной емкости.
На внешних зажимах полу- и(мгнодникового ~иода эта емкость будет давать емкостиый фазовый сдвиг между током н напряжением. Эирядная емкость возникает при обратном напряжении иа переходе и обусловлена изменением в нем объемного заряда. Как видно из рнс. 2З, область объемного заряда представляет собой ~войной слой противоположных по знаку неподвижных объемных нарядов. Этот двойной слой можно уподобить обкладкам плоского к»яденсатора, заряженного до некоторого потенциала тр,=Е„,. К нда приложено внешнее запирающее напряжение, разность пот»иналов между электронной и дырочкой областямн полупроводника увеличивается, что приводит к увеличению объемных здрял»н в электронной и дырочной областях полупроводника.
Так как бъемные заряды создаются неподвижнымн, связанными с крн- ~ ~аллической решеткой ионами атомов доноров и акцепторов, то ~»сличение объемного заряда может быть связано только с раск~нреннем области объемного заряда в основном в сторону обла|и слаболегнрованного полупроводника (область базы). Другими еовами.
при повышении запирающего напряжения, приложенного переходу, увеличивается область, обедненная подвижными носнлямн заряда — электронами илн дырками. Отношение изменения бъемного заряда ЬЦзея к вызвавшему его изменению запира- ~ щего напряжения ЛУ ~р будет равно величине зарядной (илн ~паче барьерной) емкости. Барьерная емкость будет тем больше, ' Временем жнзнн называется интервал, в тееенке которого коннентрання аравнонеснмх носителей заряда уменьшается в «е». раз. 25 Рис 23 Схема аамеигеиия ио- Рис а4 Сгруатура точечного диода ауироводиниового диода г — яаасгааа ааауароаоаиааа. г — негах аияесаа» ааоаоаока чем больше концентрация подви киых носителей заряда на границе области объемного заряда (а, следовательно, чем тоньше слой области объемного заряда) и чем меньше напряжение иа переходе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
