Лабораторная работа №4 Влияние температуры на параметры и характеристики полупроводниковых приборов
Цель работы: изучить влияние температуры на основные параметры и характеристики полупроводниковых диодов и транзисторов.
4.1 Методические указания К тепловым параметрам приборов относятся: температура перехода, тепловое сопротивление, тепловые постоянные и теплоемкости. Они определяют стабильность работы полупроводниковых приборов при изменении температуры, ограничивают максимальные мощности, токи и напряжения, допустимые диапазоны температуры окружающей среды, при которых обеспечивается надежная работа.
Температура p-n-перехода имеет два предельных значения: максимально и минимально допустимые. Максимально допустимая температура перехода Тn max –это температура, превышение которой в длительных режимах эксплуатации не допускается. При этой температуре полупроводник приобретает собственную проводимость, и структура p-n-перехода практически перестает существовать. Процесс обратим: транзистор при остывании приобретает вновь свои свойства. Если же к транзистору (диоду), кроме того, приложено высокое напряжение, то в этом случае может развиваться тепловой пробой, который приводит к необратимым изменениям в приборе и выходу его из строя.
Минимально допустимая температура перехода Тn min – это температура, ниже которой не допускается не только работа, но даже хранение полупроводникового прибора. Это связано с тем, что с уменьшением температуры изменяются не только электрические свойства полупроводниковых приборов, но из-за разницы в коэффициентах линейного расширения может произойти его повреждение. Значение минимально допустимой температуры перехода отечественных полупроводниковых диодов лежит в интервале –50…-60С. Измерение температуры перехода прямыми методами сложно и поэтому используются косвенные методы, при которых она оценивается по какому-либо термочувствительному параметру. Например, термочувствительным параметром диодов являются обратный ток Iобр и прямое падение напряжения Uпр, а у транзисторов - Iкбо, Iэбо, прямое напряжение Uэб или Uкб, h21э, входное сопротивление.
Рассмотрим зависимость прямого напряжения от температуры полупроводникового диода:
, (4.1)
где I0 –тепловой ток,
Т - температурный потенциал.
В формуле (4.1) от температуры зависят параметры Т и I0, (ТТ, а -слабо). Следовательно, функция U(T) близка к линейной.
Температурный коэффициент напряжения (ТКН) оценивается по формуле:
, (4.2)
Это относительное изменение напряжения U/U при изменении температуры окружающей среды на Т. Опыт показывает, что ТКН определяется двумя приращениями (U и U), имеющими разные знаки. Роль приращений U (U -падение напряжения на базе) становится определяющей на омическом участке характеристики, т.е. при достаточно больших токах (однако эти токи лежат в рабочем диапазоне диода). На рис. 4.1 показаны прямые характеристики кремниевого диода при трех температурах. Как видим эти характеристики пересекаются, что происходит вследствие изменения величины и знака ТКН по мере возрастания прямого тока.