Вольт-амперна характеристика НД

Для НД як і будь-якого електричного приладу важливою є залежність між струмом, що проходить через прилад, та прикладеною напругою. Знаючи цю залежність, можна визначити струм при заданій напрузі або, навпаки, напругу при заданому струму.

Якщо опір приладу не залежить від струму чи напруги, то зв’язок між ними визначається законом Ома: I = U / R або I = G U. У цьому разі струм прямо пропорційний напрузі. Коефіцієнтом пропорційнocтi є провідність G = 1/R (рис.1.4.).

Прилади, принцип дії яких підкоряється закону Ома, а ВАХ є прямою лінією, що проходить через початок координат, називають лінійними.

Напівпровідникові діоди є нелінійними приладами; в них oпip залежить від напруги або струму, внаслідок чого їх ВАХ є нелінійною і несиметричною (рис .3.1).

З теоретичного аналізу р-п‑переходу випливає просте рівняння, яке точно описує ВАХ ідеалізованого НД як у разі прямого, так i зворотного змiщення (2.5.).

Якщо задати постійну пряму напругу U_F, то у діоді проходитиме постійний прямий струм I_F, а якщо задати постійну зворотну напругу U_R – то зворотний струм I_R. У виведенні експоненціальної залежності допущено деякі фізичні ідеалізації. Для реальних НД необхідно враховувати вплив опору базової зони r_б. Відомо, що несиметричний перехід зосереджується у високоомному шарі, тобто в базі діода. З урахуванням r_б точний вираз, що описує пряму гілку ВАХ діода, набирає вигляду:

І = І₀{exp[(U – Ir_б)/j_т– 1]}.

Отже, ВАХ реального НД зміщується вправо відносно координатної сiтки.

Диференціальний oпip у будь якій точці прямої гілки ВАХ

r_д = dU/dI = j_т /(I + I₀)+ r_б.

Оскільки тепловий потенціал j_т малий, то вже за невеликого прямого струму виконується нерівність j_т/(I + I₀) << r_б, і опір діода визначається лінійним опором бази r_б. За цих умов експоненціальна залежнicть прямого струму переходить у лінійну. Такою є основна робоча ділянка ВАХ НД.

Прямий струм дорівнюватиме нулю доти, доки напруга не досягне відповідного значення, за якого струм почне швидко збільшуватися зі збільшенням U_F. Напругу, при якій з’являється помітний струм, часто називають пороговою напругою діода. Типові значення цієї напруги для германієвих приладів дорівнюють 0,2...0,3 В, для кремнієвих – 0,6...0,7 В.

Початкова ділянка ВАХ вирізняється значною нелінійністю, оскільки зі збільшенням U_F опір запірного шару зменшується, крутість ВАХ збільшується. Але, якщо напруги досягають десятих часток вольта, запірний шар практично зникає.

У реальних діодах, як і в ЕДП з підвищенням зворотної напруги зворотний струм не залишається постійним і не дорівнює струму екстракції (насичення) І₀, як випливає iз співвідношення (3.1), а повільно зростає. Однією з причин цього зростання є термічна генерація нociїв заряду в переході. З підвищенням зворотної напруги внаслідок розширення переходу збільшується його об’єм, і тому зростає число генерованих в переході носіїв заряду i термострум переходу І_т. Ще однією складовою зростання зворотного струму діода є поверхнева провідність ЕДП, що зумовлює поверхневий струм І_п. Тоді повний зворотний струм реального НД:

І_R = І₀ + І_т + І_п.

З порівняння ВАХ кремнієвого i германієвого діодів видно, що кремнієві прилади мають істотно менше значення зворотного струму (у 10⁶ разів) через нижчу концентрацію нociїв заряду. Це зумовлено більшою шириною забороненої зони (див. рис. 2.1 i 3.1).

3.3 Параметри НД

Напівпровідникові прилади оцінюють системою параметрів, які поділяють на граничні параметри, що визначають гранично допустимі значення (максимально і мінімально допустимі значення), та характеристичні (робочі) параметри. Допустиме значення параметра – це значення, у межах якого очікується задовільна робота приладу, а гранично допустиме – значення, за межами якого прилад може бути ушкодженим або виведеним з ладу.

Характеристичні значення параметрів – це значення електричної, теплової, механічної або іншої величин, які характеризують певні властивості приладу.

Використовуючи НД, не можна допускати занадто великих напруг або струмів, які могли б зіпсувати прилад. Для запобігання небажаним наслідкам, вибираючи той чи інший тип приладу для вмикання в електричне коло, оцінюють граничні параметри електричного режиму діода, передусім максимально допустиму постійну зворотну напругу U_R_mах та максимально допустимий постійний прямий струм І_F_max діода. Максимально допустимими параметрами називають значення конкретних режимів електронних приладів, які не повинні бути перевищені за будь-яких умов експлуатації та за яких забезпечується задана надійність. Зазвичай значення цих параметрів, взяті з паспортних даних конкретного типу приладів, мають перевищувати максимальне значення відповідних параметрів в електричній схемі, в якій передбачено використання приладу.

Для будь-якого елемента електричної схеми небажаним є його нагрівання, зумовлене потужністю розсіювання приладу. Розрізняють пряму потужність розсіювання діода P_F (значення потужності, що розсіюється діодом під час проходження прямого струму) та зворотну потужність розсіювання P_R (значення потужності, що розсіюється діодом під час проходження зворотного струму). За цим параметром визначають зону безпечної роботи приладу, у будь-якій точці якої повинно виконуватися співвідношення ІU = P < P_max. Здатність діодів розсіювати потужність оцінюють за допомогою теплового опору.

Аналізуючи електричні схеми з НД, використовують диференціальні параметри. Такими параметрами електронних приладів є величини, які зв’язують малі зміни струму з малими змінами незалежних змінних. Струм у діоді фактично є функцією двох незалежних змінних – електричної напруги U і температури Т:

І = f(U; T).

Тому диференціал струму має дві складові:

Частинні похідні перед диференціалами dU i dT являють собою диференціальні параметри НД. Якщо замінити нескінченно малі прирости незалежних змінних їхніми кінцевими приростами, то S_З = I/ U | T = const – диференціальна крутість ВАХ діода (пряма провідність), мА/В; S_I_(T) = I/ T | V = const – диференціальна температурна чутливість струму діода, мА/С (мА/К).

Диференціальний опір діода r визначають відношенням малого приросту напруги діода до малого приросту струму в ньому у заданому режимі.

Розглянуті параметри можна визначити за ВАХ діода (рис. 3.1). Зауважимо, що диференціальні параметри характеризують прилад тільки в заданій точці, а зі зміною режиму їхні значення істотно змінюються ( U^А/ I^А). У цій же точці визначають опір діода постійному струму (рис. 3.1):

R_– = U^А/I^А.

Максимально допустиме iз схемотехнічних міркувань збільшення зворотного струму діода визначається максимально допустимою температурою НД (80...100 С – для германієвих приладів i 150...200 С – для кремнієвих приладів).

Мінімальна допустима температура діода визначається теоретично енергією іонізації акцепторних та донорних домішок i досягає мінус 200 С. Практично з міркувань кліматичної стійкості її встановлюють від мінус 60 до мінус 70 С.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Визначення, структура та класифікація	\|	Електрична модель та частотні властивості НД

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.006 сек.