6.5 Расчёт и построение прямой ветви вольтамперной характеристики

Прямой ток высчитывался по соотношениям (25)

(25)

где – прямой ток при низком уровне инжекции,

– прямой ток при высоком уровне инжекции,

– граничный ток.

Прямой ток при низком и высоком уровне инжекции определим из соотношений (26) и (27) соответственно.

	(26)
	(27)

Найдем граничный ток, определяющий верхние границы применимости (26) и нижние границы применимости (27), согласно выражению (28):

(28)

Расчёт при комнатной температуре Т = 300 К:

Расчёт при комнатной температуре для U_пр = 0,4 В:

Расчёт при комнатной температуре для U_пр = 0,7 В:

Учтем температурную зависимость некоторых значений (таблица 3) и рассчитаем значения прямых токов при различных температурах (таблица 4).

Таблица 4 – Значения прямых токов при различных температурах

0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6

Рисунок 6 – Прямая ветвь ВАХ диода при различных температурах

6.6 Расчёт барьерной емкости выпрямительного диода и максимальной рабочей частоты

Рассчитаем значение барьерной ёмкости диода по формуле (29):

(29)

Воспользуемся формулой (10) для расчета толщины перехода и подставив ее в (29) получим формулу (30):

Расчёт при комнатной температуре и :

Построим вольтфарадную характеристику на рисунке

Рисунок 7 – Вольтфарадная характеристика диода

Определим максимальную рабочую частоту по соотношению (31):

(31)

Расчёт:

Заключение

В ходе курсовой работы проведено исследование полупроводникового выпрямительного диода, включающее анализ его назначения, структуры, принципа действия, ключевых параметров и примеров применения в электронных схемах.

Расчеты позволили определить следующие параметров диода: концентрацию легирующих примесей ( ), площади p-n перехода и толщины базы диода, которая оказалась значительно больше диффузионной длины неосновных носителей заряда. Также рассчитано значение контактной разности потенциалов при комнатной температуре , что соответствует реальному диапазону 0,6 – 0,8 В.

Расчет и анализ ВАХ при различных температурах (рисунок 5) показал, что с повышением температуры наблюдается рост обратного тока из-за увеличения концентрации неосновных носителей, также наблюдается и резкое возрастание прямого тока при росте температуры (рисунок 6, таблица 4), вследствие увеличения концентрации собственных носителей.

Исследование вольтфарадной характеристики (рисунок 7) выявило уменьшение барьерной ёмкости с ростом обратного напряжения, что связано с расширением p-n-перехода.

Определена максимальная частота выпрямления диода , после которой выпрямительные свойства диода резко уменьшаются. Это связано с тем, что на высоких частотах носители заряда не успевают рекомбинировать в базе, что приводит к всплескам обратного тока и ухудшению выпрямления.