1.1.4. Работа диода при подключении внешнего прямого напряжения

Величина обратного тока играет важную роль не только в случае подключения к диоду обратного напряжения, но и в том случае, когда диод находится под прямым напряжением. В последнем случае и, следовательно, вид прямой ветви ВАХ также зависит от теплового тока .

При подключении к диоду прямого напряжения , высота потенциального барьера снижается, нарушается условие равновесия, начинается инжекция (ввод) носителей заряда, и через переход течёт ток . Поскольку степень легирования эмиттера в реальных диодах, как правило, выше, чем базы ( ), прямой ток обусловлен в основном инжекцией дырок из эмиттера в базу. Для оценки значения тока за счет инжекции неосновных носителей в базу, как доли общего тока через переход, служит коэффициент инжекции:

, (1.1.11)

где и дырочная и электронная составляющая прямого тока через переход на металлургической границе.

От величины этого коэффициента зависит характер процессов в базе диодов. Таким образом, прямой ток в диоде определяется, в отличие от идеализированного перехода, рядом физических процессов, протекающих не только в самом переходе, но и в базе реального диода.

При прямом напряжении процессы рекомбинации в переходе преобладают над процессами генерации .

Ток рекомбинации определяется следующей приближенной формулой:

. (1.1.12)

Отсюда видно, что ток рекомбинации при прямом напряжении растет экспоненциально с увеличением и зависит от концентрации собственных носителей.

Однако реальные характеристики отличаются от экспоненты по ряду причин. Ввиду резкой зависимости прямого тока от напряжения, ВАХ обычно описывают, беря ток в качестве аргумента:

. (1.1.13)

Напряжение , соответствующее некоторому заданному значению прямого тока тем больше, чем меньше обратный ток . Вид вольтамперной характеристики также изменяется и в зависимости от площади перехода S: с её увеличением растет тепловой ток, а, следовательно, и прямая ветвь характеристики идет круче (рис.1.1.5, б).

Существенное влияние на ход зависимости оказывает омическое сопротивление базового слоя. Падение напряжения на нём выражается как , где - сопротивление базового слоя. Учитывая это падение напряжения, зависимость прямого напряжения от тока запишем в виде:

(1.1.14)

Начальный участок прямой ветви ВАХ во всех диодах отличается от кривой соответствующей идеализированному переходу. В германиевых диодах наклон кривой определяется в основном значением теплового тока, а в кремниевых диодах - током рекомбинации (рис.1.1.5,а). Резкий рост прямого тока у германиевых диодов начинается, как правило, при меньших

Рис. 1.1.5. Вольтамперные характеристики кремниевого и германиевого диодов (а) и зависимость ВАХ от площади перехода (б)

1-экспоненциаль-ная;

2-измененная за счет падения напряжения на объемном сопротивлении базы

з начениях прямого напряжения. В начале крутого участка характеристика близка к экспоненциальной: здесь основную роль играет диффузия инжектированных в базу носителей (низкий уровень инжекции).

В

Рис. 1.1.6. Зависимость ВАХ от объемного сопротивления базы

дальнейшем все больше сказывается влияние объемного сопро-

тивления базы и других процессов (рис.1.1.6), протекающих в ней.

Характер ВАХ также существенно зависит от изменения температуры. На рис. 1.1.7 показаны зависимости ВАХ германиевых и кремниевых диодов от температуры.

Для оценки температурной зависимости прямой ветви ВАХ используется температурный коэффициент напряжения (ТКН) , показывающий изменение прямого напряжения за счет изменения температуры нам один градус при постоянном значении прямого тока. Температурный коэффициент для кремниевого и германиевого диодов приближенно равен .

а) б)

Рис. 1.1.7. Изменение ВАХ от температуры для германиевого (а) и для кремниевого диодов (б)