4. Вольтамперная характеристика p-n перехода.

Способность вещества проводить ток обычно оценивают сопротивлением Rили проводимостьюQ. В случаеP-Nперехода пользоваться этими параметрами было бы неудобно, так как и сопротивление, а следовательно и проводимость сами сильно зависят от приложенного напряжения и от тока (хота такие характеристики можно построить и закон ома для них справедлив; просто сопротивление становится не числом а функцией). Поэтому пользуются прямой зависимостью тока от напряжения, которая называется вольтамперная характеристика.

Для вольтамперной характеристики P-Nперехода имеется математическое выражение полученное на основе уравнений квантовой физики [ 3 ] [ 4 ]. Вывод данного уравнения не входит в программу заочного обучения, однако его можно найти в указанных источниках.

В общем виде оно выглядит следующим образом:

4.1

где

I– ток через переход;

I₀– тепловой ток, вызванный неосновными носителями. Его иногда называют обратным током насыщения;

U- приложенное к переходу напряжение;

е,q_е– заряд электрона (q_e=1,6*10^-19Кл);

е во втором варианте формулы – основание натурального логорифма (2,73);

k- постоянная Больцмана (к=1,38*10^-23Дж/⁰К);

Т- абсолютная температура;

m– коэффициент, зависящий от типа полупроводника (для кремнияm=2).

Данное выражение определяет кривую - экспоненту с положительным показателем. Вольтамперная характеристика диода приведена на рис. 3.7.

Из рис. 3.7. видно, что обратная ветвь ВАХ, лежащая в IIIквадранте системы координат, идет практически по оси абсцисс. Поэтому, для более наглядного представления прямой и обратной ветвей обычно устанавливают неодинаковые масштабы отрицательной и положительной части оси:

-

4. Полупроводниковые диоды

4.1. Общие сведения

Диодом называется полупроводниковый прибор, содержащий одинP-Nпереход. Диод может иметь отдельный корпус, либо не иметь корпуса вообще, например, если диод входит в кристалл интегральной микросхемы. По назначению диоды делятся на выпрямительные и специальные; в свою очередь выпрямительные диоды могут быть силовыми и слаботочными.

Условное обозначение диода (рис.4.1.) следующее:

Технология производства диодов и виды их конструкции подробно изложены в [1] с.46-48.

Слаботочные выпрямительные диоды часто объединяются в так называемые диодные сборки (по 4 штуки, соединенные между собой схемой моста). Силовые мощные диоды как правило дискретные, т.е. в одном корпусе только один диод. По конструкции силовые диоды как правило штыревые, таблеточные или прижимные. В последнее время широкое распространение получили прижимные диоды с изолированным основанием. Такая классификация показывает, каким образом диод крепится к радиатору, или охладителю. Охладитель представляет собой устройство, увеличивающее теплоотдачу в окружающую среду, а следовательно, снижающее температуру диода. На рис. 4.2. представлены слаботочные диоды, не требующие охладителя,.

Для того, чтобы определить катод и анод диода, на его корпус наносится специальная метка, либо изображение маленького диода. Определить выводы, а также исправность диода можно также с помощью многопредельного цифрового или аналогового прибора – тестера (мультиметра) ,

Единственное требование состоит в том, чтобы источник питания мультиметра обеспечивал напряжение, более высокое, чем пороговое напряжение диода (более 2,5В). Так , мультиметром с напряжением питания 9 В диоды проверять можно, а с напряжением питания 1,5 В – нельзя. Если на переключателе мультиметра нет позиции «диод», то его надо поставить в режим измерения сопротивления, желательно с пределом десятки или сотни килоОм, так как при этом в измерительной цепи выше напряжение. При прямом и обратном подключении исправного диода показания должны быть различными: При обратном включении мультиметр покажет очень высокое сопротивление, или бесконечность (переполнение шкалы), а при прямом - вполне конкретное сопротивление. Не надо пугаться, что его величина может быть большой – измерения производятся при низких напряжениях, близких к пороговому значению (см. ниже). Если диод неисправен (пробит), то в обеих направлениях сопротивление будет одинаковое.

Некоторые типы мультиметров, например английский серииUNIT-Tимеют специальные позиции для проверки полупроводниковых приборов, в частности диодов. В этом случае переключатель прибора надо поставить на символ «диод» () При этом свидетельство исправности диода – разность показаний прибора: если диод включен в прямом направлении (т.е. анод к клемме “+”, а катод к клемме “сом”), мультиметр покажет ток примерно 1mA, в некоторых моделях приборов включается звуковой сигнал. При обратном включении – обратное напряжение примерно до 3 В.Главный признак – показания прибора должны различаться в прямом и обратном направлениях. Если показания одинаковы при прямом и обратном включении – диод пробит или имеет место обрыв.