1.1. Важнейшие параметры полупроводниковых диодов

Полупроводниковый диод может работать:

а) при прямом смещении (включении) – режим инжекции,

б) при обратном смещении (включении) – режим экстракции.

а) При прямом смещении идеальный полупроводниковый диод можно представить в виде следующего рисунка:

Приложенное внешнее напряжение нарушает равновесие и вызывает протекание тока ; при этом высота барьера уменьшается и становится равной .

– высота равновесного потенциального барьера.

где – концентрация дырок в слое на границе перехода,

– концентрация дырок в слое на границе перехода.

При внешнем напряжении, подводимом к диоду ( – температурный потенциал)

, где ;

при комнатной температуре, т.е. при .

Прямой ток через диод:

Для

, где – обратный ток

При прямом включении диода, т.е. когда «+» к эмиттеру, а «–» к базе высота потенциального барьера уменьшается. ВАХ имеет вид:

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) диода при прямом смещении позволяет определить: дифференциальное сопротивление диода и сопротивление диода для постоянного тока

; .

Таким образом, при прямом смещении диода следует различать сопротивление диода для постоянного и переменного токов. Аналитическим путем определяется:

, очень мал, можно пренебречь.

, при , .

При подведении к диоду напряжения, смещающего диод в прямом направлении, значение прямого тока , описываемое уравнением Шокли для идеализированного диода определяется выражением:

; для реального диода имеет 3 составляющие

– ток термогенерации;

– ток поверхностной утечки.

Реальный переход имеет конечную ширину, поэтому имеет место генерация и рекомбинация носителей в этой области (области перехода). Генерация пар происходит под действием фононов. Ток термогенерации:

, где

– ширина перехода;

– площадь перехода;

– собственная концентрация;

– время жизни дырок в базе;

– скорость термогенерации.

Реальные полупроводниковые диоды имеют ВАХ отличающиеся от идеальных наличием сопротивления базы. Учет сопротивления базы:

, то есть

,

– толщина базы ( )

– площадь поперечного сечения ( )

– удельное сопротивление ( )

– слаботочные диоды

Наличие сопротивления базы приводит к тому, что наступает вырождение экспоненциальной зависимости ВАХ начиная с тока .

Критерий вырождения ВАХ

Критерием вырождения экспоненциальной зависимости ВАХ является условие , т.е. при изменении тока, протекающего через диод на величину , приращение напряжения на эмиттерном переходе, должно равняться , т.е. . Это имеет место в точке .

Полная эквивалентная схема диода при прямом смещении

– сопротивление базы

– диффузионная составляющая емкости p-n перехода

– барьерная (зарядная) емкость p-n перехода

, где – время жизни неосновных носителей в базе.

При прямом смещении .

Весьма важным эксплуатационным параметром диода является так называемое тепловое сопротивление , определяемое выражением , где – мощность, выделяемая в переходе.

– температура перехода (обычно ), – температура окружающей среды. Тепловое сопротивление является сложной функцией ряда конструктивных и технологических факторов и обычно разбивается на два слагаемых: тепловое сопротивление участка переход корпус (обычно указывается в справочниках) и тепловое сопротивление участка корпус среда (определяет размеры теплоотвода - радиатора)

При обратном смещении высота потенциального барьера увеличивается на величину внешне приложенного напряжения .

При обратном смещении диода эквивалентная схема имеет вид:

, обычно

Замечание: при обратном смещении в основном определяется током термогенерации .

– равновесная ширина потенциального барьера

– диэлектрическая проницаемость вакуума

– относительная диэлектрическая проницаемость (6…12). Весьма важным эксплуатационным параметром диода при обратном смещении является допустимая величина , при которой еще не наступает пробоя перехода (под пробоем p-n перехода понимают резкое уменьшение дифференциального обратного сопротивления диода, сопровождающееся резким возрастанием обратного тока при незначительном увеличении напряжения).

– обычно указывается в справочниках по диодам.

Диод как электронный ключ