Характеристики идеального диода на основе Характеристики идеального диода на основе pp‑‑nn перехода перехода

ВАХ диода описывается выражением:

)1( GVs eJJ

В состоянии равновесия суммарныйток равен нулю

где Js - плотность тока насыщения

0pDnEnDpE jjjj

В реальных выпрямительных диодах на основе p‑n перехода при анализе вольт‑амперных характеристик необходимо учитывать влияние генерационно-рекомбинационных процессов в обедненной области p‑n перехода и падение напряжения на омическом сопротивлении базы p‑n перехода при протекании тока через диод.

Доминирующим механизмом генерационно-рекомбинационного процесса является механизм Шокли – Рида.

Выражение для темпа генерации (рекомбинации) имеет вид:

γn, γp – вероятности захвата электронов и дырок на рекомбинационный уровень;

Nt – концентрация рекомбинационных уровней;

n, p – концентрации неравновесных носителей;

n1, p1 – концентрации равновесных носителей в разрешенных зонах при условии, что рекомбинационный уровень совпадает с уровнем Ферми.

n p t 1 1

n 1 p 1

( )

( ) ( )

N pn p ndn

dt n n p p

Диод при подключении обратного напряженияДиод при подключении обратного напряжения

Величина произведения концентрации равновесных носителей p1·n1 будет равна квадрату собственной концентрации: ,

а также p<p1, n<n1.

Учитывая, что получаем:

211 innp

010111 , enpenn ii

inee

N

dt

dn0101

pn

tpn

Генерационный ток:

Тепловой ток:

e

iген

WqnJ

Ap

ip

N

nqLJ

2

0

in

Dген

nL

WN

J

J

0

Вклад генерационного тока Вклад генерационного тока JJген в ген в обратный ток обратный ток pp‑‑nn перехода перехода..

Диод под прямым напряжениемДиод под прямым напряжением..

Рекомбинационный ток:

Полный ток диода при прямом смещении будет складываться из диффузионной и рекомбинационной компонент:

Прямой ток диода можно аппроксимировать экспоненциальной зависимостью типа:

2t

Dp

2p

2

U

iUi enN

qWe

N

nqLJ

.

2tрек 2

U

ienNqW

J

n

U

eJ

~при n = 1 ток диффузионныйпри n = 2 ток рекомбинационный

Дифференциальное сопротивление:

Сопротивление по постоянному току:

Коэффициент выпрямления идеального диода: 1

1G

G

V

V

e

e

J

JK

D0 ( 1)U

U UR

I I e

)( sD IIq

kT

dI

dUr

Физические процессы в базеФизические процессы в базе..

Сопротивление базы rб:

где  –удельное сопротивление,

l – длина базы, S – площадь

поперечного сечения диода.

Критерий вырождения - состояние диода, при котором

дифференциальное

сопротивление диода станет

равно либо меньше омического

сопротивления базы диода:

S

lr б

бТ

1

диф rIdU

dIr

Изменение ВАХ с ростом температурыИзменение ВАХ с ростом температуры..

Для оценки температурной зависимости прямой ветви характеристики используется специальная величина

температурный коэффициент напряжения, показывающий изменение прямого напряжения за счёт изменения температуры на один градус при постоянном значении прямого тока.

dT

dU

Виды диодов.Виды диодов.

Вольт-фарадная характеристика варикапаВольт-фарадная характеристика варикапа

Варикап

полупроводниковый диод,

реализующий зависимость

барьерной емкости СБ

от приложенного

обратного напряжения

VG.

Вольт-амперная характеристика стабилитронаВольт-амперная характеристика стабилитрона

Стабилитрон

полупроводнико-вый диод, ВАХ которого имеет область резкой зависимости тока от напряжения на обратном участке.

Стабилитpоны изготавливаются на основе n-кpемния. Выбор материалов обусловлен отличительными особенностями кpемниевых диодов:

малым обpатным током, pезким пеpеходом в область лавинного

или тунельного пpобоя пpи незначительных изменениях обpатного напpяжения,

высоким значением допустимой темпеpатуpы пеpехода.

Принцип использования стабилитрона.Принцип использования стабилитрона.

Основное назначение стабилитрона – стабилизация напряжения на нагрузке,

при изменяющемся напряжении во внешней цепи.

Характеристики стабилитрона:Характеристики стабилитрона:

Напряжение стабилизации Максимальный и минимальный ток

стабилизации

Дифференциальное сопротивление

Статистическое сопротивление

В том случае, если энергия Ферми в n и p полупроводниках совпадает или находится на расстоянии ±kT/q от дна зоны проводимости или вершин валентной зоны, ВАХ при обратном смещении будут такими же как у туннельного диода, а при прямом смещении туннельная компонента ВАХ будет полностью отсутствовать.

Обращенный диод – это туннельный диод без участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением.

ВАХ обращенного диодаВАХ обращенного диода

а) полная ВАХ

б) обратный участок ВАХ при разных температурах