2.4. Влияние температуры на вах p-n-перехода

Вольтамперные характеристики p-n-перехода для двух значений температуры окружающей среды приведены на рис. 2.6.  С ростом температуры падает прямое напряжение на p-n-переходе при заданном токе и растет обратный ток при заданном напряжении.

Прямой ток p-n-перехода определяется ПОНЗ, который зависит от величины потенциального барьера в p-n-переходе. Увеличение температуры приводит к уменьшению потенциального барьера, а следовательно,  к увеличению прямого тока.

Обратный ток p-n-перехода определяется ПННЗ. Увеличение температуры приводит к увеличению скорости тепловой генерации, концентрация неосновных носителей заряда в полупроводнике растет, а следовательно,  растет обратный ток.

Для количественной оценки влияния температуры на ВАХ p-n-перехода используют два параметра.

2.5. Емкости p-n-перехода

При подаче на p-n-переход переменного напряжения проявляются емкостные свойства.

Образование p-n-перехода связано с возникновением пространственного заряда, создаваемого неподвижными ионами атомов доноров и акцепторов. Приложенное к p-n-переходу внешнее напряжение изменяет величину пространственного заряда в переходе. Следовательно, p-n переход ведет себя как своеобразный плоский конденсатор, обкладками которого служат области n- и p-типа вне перехода, а изолятором является область пространственного заряда, обедненная носителями заряда и имеющая большое сопротивление.

Такая емкость p-n-перехода называется барьерной. Барьерная емкость C_Б может быть рассчитана по формуле

 ,

где

S - площадь p-n-перехода;  ·₀ - относительная () и абсолютная (₀) диэлектрические проницаемости;  - ширина p-n-перехода.

Особенностью барьерной емкости является ее зависимость от внешнего приложенного напряжения. С учетом (2.2) барьерная емкость для резкого перехода рассчитывается по формуле:

 ,

где знак ” + “ соответствует обратному , а ”-“ прямому напряжению на переходе.

Зависимость барьерной емкости от обратного напряжения называется вольтфарадной характеристикой (см. рис. 2.6). В зависимости от площади перехода, концентрации легирующей примеси и обратного напряжения барьерная емкость может принимать значения от единиц до сотен пикофарад. Барьерная емкость проявляется при обратном напряжении; при прямом напряжении она шунтируется малым сопротивлением r_pn .

Кроме барьерной емкости p-n-переход обладает так называемой диффузионной емкостью. Диффузионная емкость связана с процессами накопления и рассасывания неравновесного заряда в базе и характеризует инерционность движения неравновесных зарядов в области базы.

Диффузионная емкость может быть рассчитана следующим образом:

 ,

где t_n  - время жизни электронов в базе.

Величина диффузионной емкости пропорциональна току через p-n-переход. При прямом напряжении значение диффузионной емкости может достигать десятков тысяч пикофарад. Суммарная емкость p-n-перехода определяется суммой барьерной и диффузионной емкостей. При обратном напряжении C_Б > C_ДИФ; при прямом напряжении преобладает диффузионная емкость C_ДИФ >> C_Б.

 Рис. 2.7

Эквивалентная схема p-n-перехода на переменном токе представлена на рис. 2.7. На эквивалентной схеме параллельно дифференциальному сопротивлению p-n-перехода r_pn включены две емкости C_Б  и C_ДИФ ; последовательно с r_pn включено объемное сопротивление базы r_Б. С ростом частоты переменного напряжения, поданного на  p-n-переход, емкостные свойства проявляются все сильнее, r_pn  шунтируется емкостным сопротивлением и общее сопротивление p-n-перехода определяется объемным сопротивлением базы. Таким образом, на высоких частотах p-n-переход теряет свои нелинейные свойства.

Типы диодов

Диоды классифицируются:

1. По частоте:

   1. низкочастотные;

   2. среднечастотные;

   3. высокочастотные;

   4. СВЧ – диоды.

2. По технологии изготовления:

   1. точечные;

   2. сплавные;

   3. диффузионные.

3. По функциональному назначению:

   1. выпрямительные;

   2. универсальные;

   3. светодиоды;

   4. туннельные диоды.

Основными характеристиками выпрямительного диода являются следующие параметры: I_пр,U_пр, I_{пр max}, U_прmax, I_обр, U_{обр max}, r_диф, где r_диф – дифференциальное сопротивление диода: .

Для стабилитрона основными параметрами являются I_{с min}, I_{с max}, U_{с min}, U_{с max}, кроме того стабилитрона (определяется в рабочей точке), номинальные данные и напряжение пробоя U_{обр max}. Также даётся ТКН (температурный коэффициент напряжения): или в % на С: .

Импульсные диоды характеризуются рабочей частотой f и импульсной характеристикой: t_вост (время, за которое диод восстанавливает свои свойства), ёмкостью p-n-перехода C_pn и теми же характеристиками, что и выпрямительные диоды: I_пр, I_обр и т.д.