5.7 Влияние сопротивления базы на вах pn-перехода. Полупроводниковый диод

Полупроводниковым диодом называют нелинейный электронный прибор с двумя выводами.

До сих под мы говорили об идеальном pn-переходе, то есть не учитывали падение напряжения на квазинейтральных областях. При приложении напряжения к реальному полупроводниковому диоду, часть напряжения падает на контактах (см. подраздел 4.3), если же контакты омические, то на квазинейтральных областях. При условии, что одна квазинейтральная область – эмиттер - (в нашем случае p-область) легирована сильнее другой области (базы), особую роль играет сопротивление последней.

При протекании тока I через диод падение напряжения на базе . Величина сопротивления базызависит от удельного сопротивления базы и геометрии растекания тока. Для плоскостных диодов, линейные размерыpn-перехода в которых много больше толщины базы, сопротивление базы определяется простым соотношением (см. раздел 2):

,

(5.57)

где – удельное сопротивление,– толщина базы, зависящая от напряжения смещения.

Падение напряжения на ОПЗ pn-перехода можно найти из формулы Шокли (5.42):

,

(5.58)

тогда полное падение напряжения на диоде

,

(5.59)

Прямая ветвь ВАХ, соответствующая этому выражению, показана на рис. 5.17, 5.18.

Рис. 5.17 ВАХ с учетом сопротивления базы в линейном масштабе	Рис. 5.18 Прямая ветвь ВАХ полупроводникового диода в полулогарифмическом масштабе

На рис. 5.19 – прямая ВАХ диода в полулогарифмическом масштабе (значение тока откладывается в логарифмическом, а значение напряжения – в линейном масштабах). На нем показан способ графического определения значений тока насыщения и генерационно-рекомбинационного.

Толщина базы в свою очередь влияет на закон распределения инжектированных носителей и диффузионных токов. В самом деле, экспоненциальное распределение, представленное в формулах справедливо длядлинной базы, то есть при . В случае короткой базыследует использовать выражения, аналогичные представленным ранее:

,

(5.60)

или:

.

(5.61)

Аналогичные уравнения могут быть получены для электронов в p-области и токовых зависимостей.

5.8 Выпрямление на полупроводниковом диоде

Основная задача полупроводникового диода – выпрямление переменного (в частности синусоидального) тока, то есть выделение постоянной его составляющей. Выпрямительные или вентильные свойства полупро-водникового диода определяются его ВАХ (рис. 5.20).

Рис. 5. 20 ВАХ идеализированного выпрямляющего устройства

ВАХ такого идеализированного выпрямляющего устройства можно охарактеризовать значениями обратного тока и прямого напряжения. Реальные ВАХ диодов представлены на рис. 5.21.

Рис. 5.21. ВАХ реального pn-перехода

5.8.1 Характеристическое сопротивление диодов

Различают два вида характеристического сопротивления диодов: дифференциальное сопротивление r_d и сопротивление по постоянному току R_D. Дифференциальное сопротивление определяется как

(5.62)

На прямом участке ВАХ диода сопротивление дифференциальное сопротивление невелико и составляет значение несколько Ом. На обратном участке ВАХ диода дифференциальное сопротивление r_d стремится к бесконечности, поскольку в идеальных диодах при обратном смещении ток не зависит от напряжения.

Сопротивление по постоянному току R_D. Определяется как отношение приложенного напряжения к протекающему току через диод:

.

(5.63)

На прямом участке ВАХ сопротивление R_D >r_d, на обратном - R_D <r_d. В точке вблизи нулевого значения напряжения значения сопротивлений совпадают. Действительно, разложив экспоненту в соотношении (5.63), получаем:

.

(5.64)