3.6. Инерционность р-п-перехода

Под инерционностью понимается запаздывание реакции р-п-перехода на электрическое воздействие. Под воздействием может пониматься как изменение во времени приложенного напряжения (тогда реакция - это ток через р-п-переход), так и изменение во времени заданного через р-п-переход тока (тогда реакция - напряжение на переходе).

Основным последствием инерционности р-п-перехода является потеря свойства преимущественно односторонней проводимости при быстрых изменениях во времени (высокой частоте) входного воздействия.

Физической причиной инерционности являются конечное время движения основных носителей через переход и конечное время перезаряда паразитных емкостей перехода. Паразитными эти емкости называются потому, что они возникают помимо воли разработчиков-технологов, в силу особенности физических процессов в р-п-переходе. Чаще всего временем переноса носителей из-за малых геометрических размеров можно пренебречь и рассматривать только влияние паразитных емкостей.

3.6.1. Зарядная емкость р-п-перехода

Рассмотрим область р-п-перехода как диэлектрик, а прилегающие низкоомные п- и р-области в качестве проводящих пластин. Тогда р-п-переход можно представить в виде плоского конденсатора (рис. 3.9), обладающего емкостью

Рис. 3.9. Р-п-переход, как плоский конденсатор

, (3.11)

где S - площадь р-п-перехода; l - длина р-п-перехода;  - диэлектрическая проницаемость.

Площадь S должна быть тем больше, чем больше прямой ток, который протекает через р-п-переход. Следовательно, у сильноточных переходов зарядная емкость, а поэтому и инерционность больше.

Рис. 3.10. Влияние зарядной емкости

Наличие зарядной емкости, которая оказывается подключенной параллельно идеальному безынерционному переходу (рис. 3.10) делает невозможным скачкообразное изменение напряжения на переходе, так как согласно известному соотношению между током и напряжением на конденсаторе

.

Для скачкообразного изменения U_с (когда ) потребовалось бы бесконечное значение тока i_с, что физически невозможно.

Рис. 3.11. Влияние С_з на скорость переключения р-п-перехода из прово- дящего состояния в запертое

Рассмотрим в этой связи схему на рис. 3.11 и соответствующие ей временные диаграммы. При отрицательном значении управляющего источника Е р-п-переход был смещен в прямом направлении (открыт). При скачкообразном изменении ЭДС управляющего источника на положительное (запирающее) значение конечное время перезаряда паразитной емкости приводит к тому, что в течение времени  t переход не “подчиняется” запирающему воздействию и продолжает оставаться открытым. Если представить случай, когда длительность импульсов управления t₀ станет соизмерима с  t (высокая частота изменения управляющего сигнала), р-п-переход будет оставаться в проводящем состоянии при любой полярности управляющего сигнала, т.е. потеряет свое главное свойство - вентильное (односторонней проводимости). Поскольку ширина р-п-перехода зависит от величины и знака приложенного напряжения

l=F(U),

то и зарядная емкость согласно (3.11).тоже зависит от напряжения, то есть является нелинейной емкостью. Эта особенность находит практическое применение в специальных двухполюсных элементах - варикапах - электрически управляемых емкостях, которые можно использовать, например, для дистанционного переключения программ телевидения, когда изменяемая емкость варикапа, подключаемая параллельно резонансному контуру телевизионного приемника, меняет частоту настройки.