2.1. Вольт-амперная характеристика диода

В реальном диоде прямая (кривая 1) и обратная ветви вольт амперной характеристики (ВАХ) отличаются от ВАХ p-n-перехода (рис.3.2).

При прямом смещениинеобходимо учитывать объёмное сопротивление областей базыr_би эмиттераr_эдиода (рис.3.3.), обычноr_б>>r_э. Падение напряжения на обьемном сопротивлении от тока диода,становятся существенным при токах, превышающих единицы миллиампер. Кроме того, часть напряжения падает на сопротивлении выводов. В результате напряжение непосредственно на р-n-переходе будет меньше напряжения, приложенного к внешним выводам диода. Это приводит к смещению прямой ветви ВАХ вправо (кривая 2) и почти линейной зависимости от приложенного напряжения. ВАХ диода с учетом обьемного сопротивления записывается выражением

,

где U_пр— напряжение, приложенное к выводам;r —суммарное сопротивление базы и электродов диода, обычноr=r_б.

Обратная ветвьдиода зависит от величины обратного напряжения, т.е. наблюдается рост обратного тока. Это объясняется тем, что обратный ток диода состоит из трех составляющих:

I_обр=I₀+ I_тг+ I_ут

где I₀ – тепловой ток перехода; I_тг – ток термогенерации. Он возрастает с увеличением обратного напряжения. Это связано с тем, что p-n перехода расширяется, а следовательно увеличивается количество неосновных носителей, образующихся в нем за счёт термогенерации. Ток термогенерации дает основной вклад в обратный ток диода. Он на 4-5 порядка больше тока I₀.

I_ут– ток утечки. Он связан конечной величиной проводимости поверхности кристалла, из которого изготовлен диод. В современных диодах он всегда меньше термотока.

2.2 Эквивалентная схема диода

Это схема, состоит из электрических элементов, которые учитывают физические процессы, происходящие в p-nпереходе, и влияние элементов конструкции на электрические свойства.

Эквивалентная схема замещения p-n переходеа при малых сигналах, когда можно не учитывать нелинейных свойств диода приведена на рис. .

Здесь С_д — общая емкость диода, зависящая от режима; R_п = R_диф — дифференциальное сопротивление перехода, значение которого определяют с помощью статической ВАХ диода в заданной рабочей точки (R_диф = U/I|_U=const); r_б — распределенное электрическое сопротивление базы диода, его электродов и выводов, R_ут – сопротивление утечки. Иногда схему замещения дополняют емкостью между выводами диода С_В, емкостями С_вх и С_вых (показаны пунктиром) и индуктивностью выводов L_В.

Эквивалентная схема при больших сигналаханалогична предыдущей. Однако в ней учитываются нелинейные свойства р-n- перехода путем замены дифференциального сопротивленияR_дифна источник зависимый источник токаI = I₀(e^U/T – 1).

2.3 Влияние температуры на вах диода

температура окружающей среды оказывает существенное влияние на вольт-амперную характеристику диода. С изменением температуры несколько меняется ход как прямой, так и обратной ветви ВАХ.

При увеличении температуры возрастает концентрация неосновных носителей в кристалле полупроводника. Это приводит к росту обратного тока перехода (за счет увеличения тока двух его составляющих: I_о и Iтг), а также уменьшению обьемного сопротивления области базы. При увеличении температуры обратный ток насыщения увеличивается примерно в 2 раза у германиевых и в 2,5 раза у кремниевых диодов на каждые 10 °С. Зависимость обратного тока от температуры аппроксимируется выражением

I₀(Т)=I_(То)2^{(Т-То)/Т*},

где: I_(Т0)-ток измерен при температуре Т0; Т – текущая температура; Т* - температура удвоения обратного тока - (5-6)⁰С – для Ge и (9-10)⁰С – для Si.

Максимально допустимое увеличение обратного тока диода определяет максимально допустимую температуру диода, которая составляет 80— 100 °С для германиевых диодов и 150 — 200 °С для кремниевых..

Ток утечки слабо зависят от температуры, но может существенно изменяться во времени. Поэтому он, в основном, определяет временную нестабильность обратной ветви ВАХ.

Прямая ветвь ВАХ при увеличении температуры сдвигается влево и становится более крутой (рис. 3.3). Это объясняется ростом I_обр (3.2) и уменьшением r_б, Последнее, уменьшает падение напряжения на базе, а напряжение непосредственно на переходе растет при неизменном напряжении на внешних выводах.

Для оценки температурной нестабильности прямой ветви вводится температурный коэффициент напряжения (ТКН) _т=U/T, показывающий, как изменится прямое напряжение на диоде с изменением температуры на 1⁰С при фиксированном прямом токе. В диапазоне температур от -60 до +60"С _т -2,3 мВ/°С.