4.1 Диоды

Полупроводниковым диодом называется полупроводниковый прибор с одним p-n переходом и двумя выводами, в котором используются свойства перехода.

4.1.1. Реальная вольт-амперная характеристика (вах) диода

На рис.4.1,априведена характеристика диода с одинаковым масштабом по осям прямого (прямая ветвь) и обратного (обратная ветвь) смещений, очень близкая к характеристике идеального вен­тиля (ключа). Однако в связи с резким различием прямой и обрат­ной ветвей на практике чаще используют вольт-амперную характерис­тику с разными масштабами для прямой и обратной ветвей, как на pиc.4.I,б. Реальная характеристика (сплошная линия) отличается от теоретической (пунктирная кривая). На прямой ветви при боль­ших токах заметным оказывается уже падение напряженияI_aR_обл на омических сопротивлениях областей и общее напряжениеU_a на переходе будет больше напряжения, приложенного к переходу, на величинуI_aR_обл:

.

Рис. 4.1

На обратной ветви характеристики отличие более существенно. Во-первых,обратный токI_обрбольшеI₀и, как правило, не­сколько возрастает с ростом U_обр. Одной из причин этого явля­ются токи утечки на поверхности кристалла, другой – наличие тока термогенерации, который не учитывался идеальной вольт-амперной ха­рактеристикой.P-ппереход реального диода имеет конечную шири­ну, поэтому процессы генерации и рекомбинации носителей зарядов в нем необходимо учитывать. Электрическое поле, которое всегда есть в переходе, быстро уносит генерируемые носители в соответствующий слойр-пперехода, что вызывает протекание некоторого тока – тока термогенерации.

Во-вторых, при больших обратных напряжениях возникает пробойр-пперехода, обусловливающий резкий рост обратного тока, не вы­текающий из (3.9) (участок обратной ветви ВАХ после точкиС (рис.4.1,б).

В

Рис. 4.2

ентильные свойства диода выражены тем ярче, чем меньше обратный токI₀при заданном обратном напряженииU_обри чем мень­ше прямое напряжениеU_aпри заданном прямом токе I_a. Эти два требования противоречивы. Из (3.9) видно, что изменение теплового тока, какими бы причинами оно не вызывалось, сопровождается измене­нием прямого напряжения в противоположном направлении. Это хорошо видно из рис.3.9, где различиеI₀обусловлено разницей темпера­тур при прочих равных условиях. Важным следствием этой общей за­висимости является то, что прямые напряжения у кремниевых диодов заметно больше, чем у германиевых, поскольку тепловой токI₀у первых на несколько порядков меньше. Различие в прямых напряжениях германиевых и кремниевых диодов составляет обычно 0,3–0,4 В. Поэ­тому ВАХ обоих типов диодов, построенные в одинаковом масштабе, имеют разную форму (рис.4.2). Для кремниевых диодов ВАХ сдвинута по оси напряжений на несколько десяткых долей вольта (образуется так называемая пятка). В этой связи вводится своего рода пара­метрU^* – напряжение открытого перехода диода. При комнатной температуре в нормальном режимеU^* = 0,7 В.

Рис. 4.2

Если прямое напряжение всего на 0,1 В меньше напряжения U^*, переход уже может считаться запертым, поскольку токи при таких напряжениях в десятки раз меньше номинальных. Поэтому условно можно назвать величину (U^* - 0,1) В напряжением отпирания диода (по­роговое напряжениеU_пор). Напряжение отпирания хорошо видно на рис.4.2. При напряжениях, меньших напряжения (U^* - 0,1) В, вплоть до нуля, ВАХ сливается с осью абсцисс, образуя "пятку" ВАХ.