2.3 Отличие реальной вах диода от идеальной
2.3.1 Прямое включение (прямая ветвь)
Мы прикладывали в идеальном случае напряжение к p-n-переходу без потерь. На участке прямой ветви при прохождении больших токов через p-n-переход не всё внешнее напряжение будет прикладываться к p-n-переходу. Часть напряжения будет падать на областях, прилегающих к p-n-переходу: двух контактах металл-полупроводник, а также двух областях полупроводника от контактов до области p-n-перехода.
В диодах принято различать области, прилегающие к p-n-переходу. Одну называют эмиттером, другую − базой.
Эмиттер диода – область более легированная, т.к. она является основным поставщиком носителей заряда при прямом включении.
База – область менее легированная.
Рис. 2 – чаще применяется в кремниевых диодах.
Легированность – наличие примесей.
Основное падение напряжения внутри диода будет в области базы, т. к. она имеет максимальное сопротивление внутри этой структуры.
Прямое падение напряжения:
=
.
=
,
где
− сопротивление базы;
− прямой ток.
U
=
.
(2.3)
1 –
невырожденный участок; U
=
− реальное равно идеальному.
2 − проявляется падение напряжения на базе − вырожденный участок.
3 − U
=
− линейная зависимость;
<<
.
Угол наклона прямой к оси и даст сопротивление.
В общем случае сопротивление базы диода является одной из главных характеристик диода.
Чаще всего говорят о дифференциальном сопротивлении базы диода:
=
.
(2.4)
При выводе ВАХ диода мы считали, что в p-n-переходе отсутствуют явления генерации и рекомбинации носителей.
В реальных диодах эти процессы наблюдаются. Для прямой ВАХ важным является процесс рекомбинации.
Будет уменьшаться общий ток через структуру. При больших токах потери на рекомбинацию не существенны и это будет практически незаметно.
2.3.2 Обратное включение (обратная ветвь)
При выводе ВАХ в p-n-переходе мы не учитывали генерацию и рекомбинацию. На обратной ветви рекомбинация на ток практически не влияет. Зато генерация может привести к увеличению тока через p-n-переход:
=
.
При прикладывании внешнего напряжения границы p-n-перехода будут увеличиваться.
>
.
Чем больше обратное напряжение, тем больше ток генерации.
Ток генерации практически не зависит от температуры, тепловой же ток сильно зависит от температуры. Поэтому при различных температурах поведение обратной ветви будет различным.
Для германиевых диодов
>>
.
Их обратная ветвь хорошо совпадает с
обратной ветвью идеального диода.
А для кремниевых диодов
<<
.
Поэтому тока насыщения не будет. Ток
всё время будет увеличиваться.
Второе отличие: наличие на обратной ветви реального диода явления пробоя.
Резкое увеличение тока через структуру
при достижении определённого обратного
напряжения.
Различают три основных вида пробоя:
1. Туннельный электрический пробой.
2. Лавинный электрический пробой.
3. Тепловой пробой.
Электрические пробои при условии ограничения тока в структуре можно удалить. Это обратимые пробои. Прибор восстанавливает свои свойства.
При тепловом пробое возникает разрушение структуры. Это необратимый пробой. Прибор полностью плавится (портится).