6.6. Расчёт и построение прямой ветви вольт-амперной характеристики

Ток базы вычислили по формуле (21).

(21)

где – напряжение при прямом включении,

– сопротивление базы.

Рассчитали значение сопротивления базы, используя соотношение (22).

(22)

Расчёт:

Прямой ток высчитывался по соотношениям (23)

(23)

где – прямой ток при низком уровне инжекции (рекомбинации),

– прямой ток при высоком уровне инжекции (инжекция),

– граничный ток.

Прямой ток при низком и высоком уровне инжекции нашли из соотношений (24) и (25) соответственно.

	(24)
	(25)

где – ток рекомбинации, который высчитывался по формуле (26).

(26)

где – толщина электронно-дырочного перехода.

Принимая, что для несимметричного перехода большая часть ОПЗ располагается в слаболегированной области базы, можно рассчитать толщину резкого электронно-дырочного перехода по формуле (27).

(27)

Граничный ток определяется выражением (28).

(28)

Расчёт:

Расчёт для U_пр = 0,06 В (до U_гр ≈ 0,11В):

Расчёт для U_пр = 0,2 В (после U_гр ≈ 0,11В):

Рисунок 11 – Прямая ветвь ВАХ выпрямительного диода при Т=300К

Необходимо рассмотреть обратную ветвь ВАХ при граничных температурах рабочего диапазона. Получаем зависимости, представленные на рисунках 12 и 13.

Рисунок 12 – Прямая ветвь вольт-амперной характеристики выпрямительного диода (сравнение с повышенной температурой)

Рисунок 13 – Прямая ветвь вольт-амперной характеристики выпрямительного диода (сравнение с пониженной температурой)

6.7. Расчёт вольтфарадной характеристики выпрямительного диода

Рассчитали значение барьерной ёмкости по формуле плоского конденсатора (29).

(29)

С учётом соотношения (27) получаем итоговое выражение для необходимых вычислений (30).

(30)

Расчёт при U= – 2 В:

Рисунок 14 – ВФХ выпрямительного диода

Определим максимальную рабочую частоту по соотношению (31):

(31)

Расчёт:

Заключение

В данной курсовой работе были исследованы основные параметры выпрямительного диода. На основе заданных данных, таких как максимальное обратное напряжение, максимальный прямой ток, удельное сопротивление подложки рассчитаны основные параметры выпрямительного диода при комнатной температуре: пробивное напряжение U_проб – 120 В, концентрация примесей в материале n₀ = N_D = 2⋅10²⁰ м^-3 и p₀ = N_A = 2⋅10²⁰ м^-3, концентрация собственных носителей заряда n_i = 4,7⋅10¹⁹ м^-3, контактная разность потенциалов φ_кон – 0,26 В, площадь p-n-перехода S_p-n – 2⋅10^-7 м², толщина базы w_б – 44 мкм,

частота максимального значения добротности ω₀ – 7,4·10⁵ рад/с,

Построен график прямой ветви вольт-амперной характеристики (рисунок 8) с использованием формул для лавинного пробоя. По обратной ветви видно, что диод пробивается при U_обр = 120 В, что соответствует рассчитанному в пункте 6.1 значению. При сравнении с другими температурами (рисунки 9 и 10) заметно, как сильно меняется значение тока.

Диффузионная длина получилась больше толщины базы для всех температур, получаем тонкую базу.

По прямой ветви ВАХ можно сказать,

Также была построена вольт-фарадная характеристика.

Таким образом, рассчитана теоретическая модель выпрямительного диода, которую, с некоторыми условностями, можно применять в реальном изделии.