Вольт-амперная характеристика диода

Теоретические ВАХ n-p-перехода и полупроводникового диода показаны на рис.1.2 (кривая 1-ВАХ перехода, кривая 2 — ВАХ ди­ода).

Как видно из рисунка, эти характеристики несколько отличают­ся. В области прямых токов это объясняется тем, что часть внешнего напряжения, приложенного к выводам диода, падает на объемном омическом сопротивлении базы r_б,которое определяется ее геомет­рическими размерами и удельным сопротивлением исходного мате­риала. Его величина может лежать в пределах от единиц до несколь­ких десятков ом. Падение напряжения на сопротивлении r_бстановит­ся существенным при токах, превышающих единицы миллиампер. Кроме того, часть напряжения падает на сопротивлении выводов. В результате напряжениеРисунок 1.2 ВАХ диода

непосредственно на n-p-переходе будет

меньше напряжения, приложенного к внешним выводам диода. Ре­альная характеристика идет ниже теоретической и становится почти линейной.

Реальная ВАХ в области прямых напряжений описывается выражением

 

I_пр=I₀(e^(U_пр^-I_пр^r)/φ-1)=I₀(e^U_пр^/mφ-1), (1.1)

 

где I₀ – тепловой обратный ток перехода; φ – термический потенциал; m – поправочный коэффициент; U_пр — напряжение, прило­женное к выводам; r — суммар­ное сопротивление базы и элект­родов диода.

 

При увеличении обратного на­пряжения ток диода не остается постоянным и равным току I₀. Од­ной из причин увеличения тока является термическая генерация носителей заряда в переходе, не учтенная при выводе выражения для теоретической ВАХ. Состав­ляющая обратного тока через пе­реход, зависящая от количества генерируемых в переходе носите­лей, называется током термогенерации I_тг. С ростом обратного напряжения переход расширяется, ко­личество генерируемых в нем носителей растет, и ток I_тг также уве­личивается.

Другой причиной увеличения обратного тока является конечная величина проводимости поверхности кристалла, из которого изготов­лен диод. Этот ток называется током утечки I_у. В современных дио­дах он всегда меньше термотока. Таким образом, обратный ток в дио­де, обозначаемый I_обр, определяется как сумма токов:

I_обр=I₀+I_тг+I_у.

Влияние температуры на ВАХ диода. С изменением температуры несколько меняется ход как прямой, так и обратной ветви ВАХ диода. При увеличении температуры возрастает концентрация неосновных носителей в кристалле полупроводника, и поэтому растет обратный ток перехода. Это вызвано увеличением двух составляющих тока I₀ и I_тг, изменяющихся по законам:

 

I₀(T)=I₀(T₀)e^{a ∆T}, I_тг(T)= I_тг(T₀)e^{b ∆T}. (1.2)

Здесь I₀(T₀)и I_тг(T₀ ) — токи при температуре T₀; ∆; Т= Т- T₀; для кремния а - 0,09 K^-1 и b=0,07 K^-1.

Ток утечки слабо зависит от температуры, но может существенно меняться во времени. Поэтому он определяет временную нестабиль­ность обратной ветви ВАХ.

Прямая ветвь ВАХ при увеличении температуры сдвигается влево и становится более крутой. Это объясняется ростом I_обр(1.2) и уменьшением r_б, что, в свою очередь, 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) γ_T=∆U/∆T, показывающий, как изменится прямое напря­жение на диоде с изменением температуры на 1°С при фиксированном прямом токе. В диапазоне температур от -60 до +60 °С γ_T ≈ -2,3 мВ/°С.