Прянишников В.А. Электроника. Курс лекций (1998) (1166121), страница 5
Текст из файла (страница 5)
(2.3) Уравггеггие (2,3) называется уравнением Эберса — Молла, а соответствующая ',:,:::."ему вольт-амперная характеристика р-п-перехода приведена на рис, 2.3. Поскольку :,: - лрн р = 300 К тепловой потенциал Т=25 мВ, то уже при е1=0,1 В можно считать. что 1=-1а.„~=1, е"'е, Дифференциалыюе сопротивление р-л-перехода можно определить, восполь":; ' зоваьллнсь формулой (2.3) 1 ьт ;- -;=да =;; —;(1+1а), .:, откуда получаем 91 Гацк=(1- — 1 — ). (2. 5) ,':„:;:,': Так„например„при токе 1 = перехода равно 25 мОм Предельное значение нап 4г';::;.' превышает контактной раз- 3,- ности потенциалов гул. Об::;,' ратное напряжение ограниагиваегся ггробоем р-и-перехода. Пробой р-л-перехода Возникает за счет лавинного разиггожения леосновных носителей и называется лавинНьгм пробоем.
При лавинном :~:';';::.-ггробое р-л-перехода ток через переход не~раниченно г .~~!; „йсзрастает при неизменном Ф": напряжении на нем, как по :казало иа рис. 2.3 Полупроводниковый р-л аК леРеход имеет емкосггь коГдрая в обгдем случае опрейеляется хак отношение при;-:.„':;:; рагцеиня заряда па переходе ,:~;:;т к лрираыгелию падения напряжения на нем, г е С.афти. Емкость перехода 'г А и грт = 25 мВ дифференциальное сопротивление ряжения на р-л-переходе при прямом смешении не Рлс. 2.
Н Вольт-амлерлаа ьараьтерлсгиаа р-г:-перелопа РлзДея й Элементы электронной техники зависит от значения и полярности внешнего приложенного напряжения, При обратном напряжении на переходе зта емкость называется барьерной и определяется по формуле сб,, с4„4с) -Д ЭОз„" где ух - — контактная разность потенциалов, У -- обратное напряжение на переходе, Се„,(О) -- значение барьерной емкости при У=О, которое зависит от площади р-и-перехода и свойств полупроводникового кристалла. Зависимасть барьерпой емкости от приложенного напряжения приведена на рис. 2,4. -У О 1г'х +У Теоретически барьерная емкость существует и при прямом напряжении Рвс.2.4.
Зевисымреть Вярьервой сихостя на р-л-переходе, однако она шунтируется низким дифференциальным сопротивлением б „,~. При прямом смещении р-л-перехода значительно большее влияние оказывает диффузионная емкость, которая зависит от значения прямого тока 1 и времени жизни неосновных носителей т, Эта емкость не связана с током смещения, но дает гакой же сдвиг фазы между напряжением и током, что и обычная емкость.
Значение диффузионной емкости можно определить по формуле г Полная емкость перехода при прямом смещении определяется суммой барьерной и диффузионной емкостей С.=С„,я+Се„,. 24 При обрагпом смещении перехода диффузионная емкость отсусгвуе| и полная емкость состоит только из барьерной емкости. Полупроводниковым диодом пазыва|от прибор. который имеет два вывода и содержит один (или несколько) р-л-переходов, Все полупроводниковые диоды можно разделить па две группы выпрямительные и специальные Выпрямительные диоды, как следуе~ из самого названия, предназначены для выпрямления переменного тока. В зависимости от частоты и формы переменного напряжения оци делятся на высокочастотные, низкочастотные и импульсные.
Специальные типы полугроводниковых диодов используют различные свойства р-л-переходов; явление пробоя, барьерную емкость, наличие участков с отрицательным сопротивлением и др. Яскврм?. Попуп оаолннковыс Лнолы Конструктивно вылрлмиалсльлвге диоды делятся на плоскостные и точечные, а по технологии изготовления на сплавные, диффузионные и зпитаксиальные.
Плоскостные диоды благодаря большой площади р-л-перехода используются для выпрямленна больших токов. Точечные диоды имеют малую площадь перехода и, соответственно, предназначены для выпрямления малых токов. Для увеличения напряжения лавинного пробоя используются выпрямительные столбы, состоящие ; г,.'. ' кз ряда последовательно включенных диодов. Выпрямительные диоды большой мощности называют силовыми. Материалом для таких диодов обычно служит кремний или арсенид галлия.
Германий практически не применяется из-за сильнои температурной зависимости обратного тока. Кремниевые сплавные диоды используются для выпрямления переменного тока с частотой до 5 кГц. Кремниевые диффузионные диоды могут работать на повгяшенной частоте.
до ! ООкГщ Кремниевые зпитаксиальные диоды с металлической подложкой (с барьером Шотки) могут использоваться на частотах до 5ООкГц. Арсенидгаллневые лионы способны работагь в диапазоне частот до нескольких МГц При большом токе через р-л-переход зпачителыюе напряжение падает в объеме полупроводника, и пренебрегать им нельзя. С учетом выражения (2.4) вользамлерпая характеристика выпрямительноуо диода приобретает вид т — ( щ-™ву (2.8) где Л --- сопротивление объема полупроводникового кристалла, которое называют последовательным сопротивлением Условное графическое обозначение полупроводникового диода приведено на рис, 2.5 а, а его структура на рис. 2.5 б. Электрод диода, подключенный к области Р, называют анодом (по апологии с злектровакуумпым диодом), а злекгрод, подключенный к области Аа, -- катодом.
Статическая вольт-амперная характеристика диода показана на рис. 2.5 в а) б) Рпс. Л5 уоповпос обоапа впп.с попупвровопппковово Паола щд сто мруааура АРГО и ам от-ампгрпаа аараатсрпсппаа (в) Раздел 1. Элементы элект овной техники Силовые диоды обычно характеризуют набором статических и динамических параметров. К статическим параметрам диода относятся: падение напряжения У„, на диоде при некотором значении прямого тока; обратный ток Г~, при некотором значении обратного напряжения; ° среднее значение прямого тока У„„,.„; ° импульсное обратное напряжение У„,, К динамическим параметрам диода относятся его временные или частотные характеристики. К таким параметрам относятся: ° время восстановления 1,. обратного напряжения; время нарастания прямого тока У„,,; ° предельная частота без снижения режимов диода ~г,„„.
Статические параметры можно установить по вольт-амперной хар ке диода, которая приведена на рис. 25 в. Типовые значения статически ров силовых диодов приведены в табл. 2.1. актеристих параметТоолт~о 2.1 ы силовых выпрямительных диодов 26 Время обратного восслшиовления диода 1„является основным параметром выпрямительных диодов, характеризующим их инерционные свойства. Оно определяется при переключении диода с заданного прямого тока 1„, на заданное обратное напряжение У,~к Графики такого переключения приведены на рис. 2.6а.
Схема испытания, приведенная на рис. 2.6 б, представляет собой однополупернодный выпрямитель, работающий на резистивную нагрузку В„и питаемый от источника напряжения прямоугольный формы. Напряжение на входе схемы в момент времени з=б скачком приобретает положительное значение У . Из-за инерционности диффузионного процесса ток в диоде появляется не мгновенно, а нарастает в течение времени г„,„. Совместно с нарастанием тока в диоде снижается напряжение на диоде. ко~орое посге ~„,,„ становится равным 6Г„,. В момент времени б в цепи устанавливается стационарный режим, при котором ток диода 1=1'„=У„,! Я„. Такое положение сохраняется вплоть до момента времени гв когда полярность напряжения питания меняется на противоположную.
Однако заряды. накопленные на границе р-л-перехода, некоторое время поддерживают диод в открытом состоянии,но направление тока в диоде меняется на противоположное. По существу, происходит рассасывание зарядов на границе р-л-перехода (т. е, разряд эквивалентной емкости). После интервала времени рассасывания ~.„„. Лекиия 2 Полулровсиннковыс аноды начинается процесс выключения диода, ... е. процесс воссгановления его запираюК моментз времени г, напряжение на диоде становится равным нушо и вдалызсг1шем прнобрез лег обратное значение Процесс восстановления запира ющлх свонств,.иода продолжается до момента времени г;, после чего диод оказывается запертым К -лому времени ток в лноче становится равным пулах анапряжецне достирали.
значения (У,.„Таким образом, время й„., можно отсчитывать о~ перехода Г, через нуль ло достижения током диода нулево; о значения г -,() Рассмо. рение процессов вк:почения и выключения выпрямнгельнаго диода ~-;.' '..:показывает, что он не является идеальным вентилем и в определенных условиях ''1,,'облааагт проводимое ыо в обратном направлении. Время рассасывания неоснов:::!.",. вых носителей в Р-л-переходе можно определить по формуле гс„, = 0. З бте. 12.9) где т„— время жизни неосновных носителей Время восстановления обрагного напряжения на диоде можно оценить по ..приближенному выражению г,.„, =т„1п )1+ г-,-"- 1. ел ~ След)ее о ме" ить, что при )1„='0 1что соотвстствуег работе диода на емкос.— ную на;рузку) обратный ток через диод в моменз.
с~ о запирания может во много раз лревыгцать ~ок нагрузки в шационарном режиме. Из рассмотрения графиков рис 2.6 а следует„что мощность потерь в диоде резко ловыглается при с~о включении и„особенно, при выключении. Следователыю, ло~ерн в диоде расгуз с повышением частоты выпрямленно.'о напряже яня Прн работе диода на гптзкой часгоге и гармонической форме напряжения 1.'::,::= питания импульсы тока большой амллитулы отсутсзвуют и потери в диоде резко свнжак».ся При изменении температуры корпуса диода нзмсняютгя его параметры.
Эта зависимость должна учитгяваться прн разработке аппаратуры, Наиболее сильно зависят ст температуры прямое напряжение на диоде и его обратный ток. Теьгпературный ьозффициснт напряжения (ТКН) на диоде имев» отрицательное значс вне, так ка~ прн увешшении температуры напряжение на диоде уменьшается Приближенно можно считать, что ТКН У,,,-- -2мВ)К Р Обратный ток диода зависит от температуры корпуса ецге сильнее и имеет положительный коэффициент.
Так, при увеличении земпературы на каждыс 10'С обратлый ток германиевых диодов увеличивается в 2 раза, а крсмниевых— 2,5 раза * Потери в вьшрямительных диодах можно рассчитывать по формуле Р,. =-Р,,ьР,и, 'Р„„,. 12.11) где Рч потери в диоде при прямом направлении тока, Р,,в. — потери в диоде при обратном ~оке, Р...,. -- потери в диоде на этапе обратного воссгановлення 2',1 Ряс Кб. Ггафяяя лроажееа огляпааая и зюгаряаяя квола ~а) я сягык яеамгаяия ~б~ Приближенное значение потерь в прямом направлении можно рассчитать по формуле ~~в.н.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
