- •Электроника и схемотехника
- •Аналоговых электронных
- •Устройств
- •Учебное пособие
- •1. Полупроводниковые приборы
- •1.1. Полупроводниковые диоды
- •1.1.1. Устройство и классификация полупроводниковых диодов
- •1.1.2. Физические процессы в p-n-переходе
- •1.1.3. Работа диода при подключении внешнего обратного напряжения
- •1.1.3.1. Тепловой ток диода
- •1.1.3.2. Токи генерации и утечки в реальных диодах
- •1.1.4. Работа диода при подключении внешнего прямого напряжения
- •1.1.5. Основные параметры диодов
- •1.1.5.1. Сопротивления диода
- •1.1.5.2. Емкости диода
- •1.1.6. Типы полупроводниковых диодов
- •1.1.6.1. Выпрямительные диоды
- •1.1.6.2. Стабилитроны
- •1.1.6.3. Варикапы
- •1.1.6.3.1. Вольт-фарадная характеристика варикапа
- •1.1.6.3.2. Добротность варикапа
- •1.1.6.4. Туннельный диод
- •1.1.6.4.1. Принцип квантово-механического туннелирования
- •1.1.6.4.2. Вольт-амперная характеристика туннельного диода
- •1.1.6.5. Импульсные диоды
- •1.1.6.6. Диоды с накоплением заряда
- •1.1.6.7. Диоды с барьером Шоттки
- •1.1.6.8. Лавинно пролетные диоды
- •1.1.6.9. Фотодиод
- •Рассмотрим общие характеристики фотодиодов.
- •1.2. Биполярные транзисторы
- •1.2.1. Устройство и режимы работы транзистора
- •1.2.2. Физические процессы, протекающие в транзисторе, работающем в активном режиме
- •1.2.3. Схемы включения, основные характеристики и параметры транзисторов
- •1.2.3.1. Схема включения транзистора с общей базой (об)
- •1.2.3.2. Основные параметры транзистора с об
- •1.2.3.3. Схема включения транзистора с общим эмиттером (оэ)
- •1.2.3.4. Выходные и входные характеристики транзистора , включенного по схеме с оэ
- •1.2.3.5. Параметры транзистора, включенного по схеме с оэ
- •1.2.3.6. Схема включения транзистора с общим коллектором (ок)
- •1.2.3.7. Параметры транзистора с ок
- •1.2.4. Эквивалентные схемы транзисторов
- •1.2.4.1. Эквивалентная схема транзистора в виде модели Эберса-Молла
- •1.2.4.2. Дифференциальные параметры и малосигнальные эквивалентные схемы транзистора
- •1.2.4.3. Эквивалентная схема транзистора в h-параметрах
- •1.2.4.5. Эквивалентная схема транзистора в y-параметрах
- •1.2.5. Инерционные свойства биполярного транзистора. Зависимость параметров биполярного транзистора от частоты.
- •1.2.5.1. Процессы в схеме с общей базой
- •1.2.5.2. Процессы в схеме с оэ
- •1.3. Полевые транзисторы
- •1.3.1. Транзисторы с управляющим p-n-переходом.
- •1.3.1.1. Устройство и принцип работы полевого транзистора с управляющим p-n-переходом
- •1.3.2. Полевой транзистор, включенный по схеме с ои а) с n-каналом,
- •1.3.2. Дифференциальные параметры.
- •1.3.3. Полевые транзисторы с изолированным затвором.
- •1.4. Тиристоры
- •1.5. Интегральные схемы
- •1.6. Полупроводниковые датчики и индикаторные приборы
- •1.6.1. Полупроводниковые датчики температуры
- •1.6.2. Магнитополупроводниковые приборы
- •1.6.3. Приборы с зарядовой связью
- •1.6.4. Фотоэлектрические приборы. Понятие об оптоэлектронных приборах.
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
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)