Файл: Электроника Ицкович Учебное пособие Ч1 2017.pdf

101

Эпюры  тока  и  напряжений  показаны  на  рис. 2.22. Как  из-

вестно, напряжение на электронно-дырочном переходе 

Д

U

 скла-

дывается из напряжения на объёмном сопротивлении базы 

ОБ

U

 и 

напряжения на переходном слое 

П

U

, т. е.  

Д

ОБ

П

U

U

U

=

+

. 

При  подаче  ступеньки  тока  напряжение 

ОБ

U

,  скачком  уве-

личиваясь, достигает величины 

ОБ

Б

U

Ir

≈

. 

Напряжение же на переходе 

0

ln

П

Т

Q

U

Q

= ϕ

возрастает по мере накопления неосновных носителей в базе. 

Время установления 

УСТ

τ

 определяется в основном средним 

временем пролета носителей через область базы (тонкая база). 

 
Запирание 

-

p n

  перехода.  Рассасывание  носителей  заря-

да. Время восстановления обратного сопротивления 

Рассмотрим  переходные  процессы,  которые  возникают  при 

запирании электронно-дырочного перехода. 

U

Д 

t

0 

Ir

Б 

I

U

П 

U

Г 

t 

t 

t 

t 

Рис. 2.22 — Эпюры тока и напряжений при отпирании  

-

p n

 перехода 

102

В  исходном  состоянии  переход  открыт  напряжением 

СМ

E

(рис. 2.23), и через него протекает прямой ток 

Д

ПР

I

I

=

. 

В  момент  времени 

0

t   включается  перепад  напряжения 

Г

U  

(рис. 2.23). Амплитуда  этого  напряжения  выбрана  так,  чтобы 
полностью  запереть  переход.  При  этом 

(

)

Д

Г

СМ

U

U

E

≈ −

−

и 

Д

ОБР

I

I

≈ −

. 

I

Д 

R

Е

СМ 

U

Г 

U

Д 

Рис. 2.23 — Схема включения источника импульсного  

напряжения 

Г

U

 при запирании 

-

p n

 перехода 

Если исходить из вольт-амперной характеристики, то можно 

было ожидать следующее: в момент времени 

0

t  с включением за-

пирающего  перепада  ток  перехода  должен  был  уменьшиться  до 
величины  

ОБР

I

 и далее оставаться постоянным. 

На  рис. 2.24 эта  эпюра  показана  штриховыми  линиями. 

В момент  времени 

0

t   ток  скачком  уменьшается  до  величины 

.

ОБР ИМП

I

, в десятки и сотни раз превышающей величину тока 

ОБР

I

. 

В течение  некоторого времени этот всплеск тока  практиче-

ски  не  изменяется  (рис. 2.24). Затем  начинается  спад  обратного 
тока до своего установившегося значения 

ОБР

I

. 

Время,  в  течение  которого  происходит  рассасывание  избы-

точного  заряда,  пока  переход  включен  в  прямом  направлении, 
называется временем рассасывания 

рас

t

. 

Время,  в  течение  которого  ток  через  диод  спадает 

от 

.

ОБР ИМП

I

  до  уровня  1,1

ОБР

I

,  называется  длительностью  среза 

СР

t

. Время восстановления обратного сопротивления можно счи-

тать равным сумме времен среза и рассасывания. 

103

С  ростом  прямого  тока  высота  потенциального  барьера 

уменьшается,  стремясь  в  пределе  к  нулю.  Следовательно,  при 
больших токах наличие перехода делается все менее существен-
ным,  и  диод  постепенно  превращается  в  двухслойную  полупро-
водниковую  пластинку, в которой главную роль играет слой ба-
зы.  Оценим  величину  тока,  при  котором  наступает  вырождение 
экспоненциальной характеристики. 

Для этого проще всего положить дифференциальное сопро-

тивление 

д

r  равным сопротивлению 

б

r . Используя (2.28), прихо-

дим к соотношению:  

.

T

B

б

I

r

ϕ

=

                                         (2.49) 

Омический участок может составлять значительную, а ино-

гда и основную рабочую часть характеристики рис. 2.24. 

t

t

0

t

0

t

1

t

РАС

t

СР

t

Г

U

Д

U

Д

I

I

ПР

I

ИМП

ОБР

I

.

ОБР

I

Рис. 2.24 — Вольт-амперная характеристика и временные диаграммы  

тока, протекающего через 

-

p n

 переход при его запирании 

Ом

ич

еский

учас

т

ок

U

Б 

U

Б 

U

Б 

U

U

Д 

I

Д 

1

2

3

Рис. 2.25 — Влияние объемного сопротивления базы  

на прямую характеристику реального диода 

104

Зависимость  прямого  напряжения  от  температуры.  Рас-

смотрим  сначала  идеализированный  диод,  пользуясь  формулой 
(2.27).  Пренебрегая  единицей  в  формуле (2.27), подставляя 

0

I  

из выражения (2.31а) и логарифмируя, получаем: 

( )

00

ln

.

T

З

I

U T

I

= ϕ

+ ϕ  

Учитывая, что 

00

I

 и 

з

ϕ  слабо зависят от температуры, функ-

ция 

( )

U T

  близка  к  линейной.  Полагая,  что  I

00

=const  и 

ln(I/I

00

)=const и дифференцируя U по Т, получим температурную 

чувствительность напряжения перехода  

0

З

П

U

dU

dT

T

− ϕ

ς =

=

< . 

Отрицательный  знак  температурной  чувствительности  обу-

словлен очевидным неравенством 

0

З

U

< Δϕ < ϕ . Это неравенство 

вытекает из условия, что для изготовления диодов используются 
невырожденные  полупроводники.  В  первой  главе  мы  доказали, 
что  в  невырожденных  полупроводниках  должно  выполняться 
условие 

0

З

Δϕ < ϕ . С увеличением прямого напряжения, а следо-

вательно,  и  прямого  тока  модуль  температурной  чувствительно-
сти  уменьшается.  Для  реальных  диодов  температурная  чувстви-
тельность с увеличением тока уменьшается значительно быстрее, 
чем  следует  из  формулы,  и  при  некотором  токе  температурная 
чувствительность  становится  равной  нулю,  а  затем  меняет  знак. 
Это связано с тем, что при больших токах падение напряжения на 
объёмном сопротивлении базы r

б   

растёт и с увеличением темпе-

ратуры возрастает сопротивление базы. Использовать точку с ну-
левой  чувствительностью  для  обеспечения  высокой  температур-
ной стабильности на практике не представляется возможным из-
за большой величины тока через диод. При разработке практиче-
ских схем с применением диодов, как правило, задают ток в цепи 
диода, запитывая его через большое сопротивление. В этом слу-
чае ток через диод изменяться не будет,  т. е. обеспечивается ре-
жим стабилизации тока.  Напряжение  на диоде будет изменяться 
с изменением температуры. 

105

Вопросы

для

самопроверки

1.

Какая поверхность называется металлургической границей? 

2.

Что называется областями объёмного заряда? 

3.

Запишите условие образования резкого перехода? 

4.

Нарисуйте  диаграмму  распределения  носителей  в  несим-

метричном переходе. 

5.

Нарисуйте зонную диаграмму p-n перехода в равновесном 

состоянии. 

6.

Объясните, почему дырки n-слоя, а электроны p-слоя мо-

гут свободно переходить соответственно в p-слой и n-слой? 

7.

Объясните  понятие  диффузионного  потенциала  и  прин-

цип его образования? 

8.

Объясните, почему при равновесии ток через переход ра-

вен нулю? 

9.

Почему в равновесной системе 

Fn

Fp

ϕ = ϕ

, в то  время как 

до объединения полупроводников 

Еp

En

ϕ ≠ ϕ

. 

10.

 От  каких  параметров  зависит  величина  диффузионного 

потенциала и почему? 

11.

 Почему  переход  в  основном  сосредоточен  в  полупро-

воднике с более низкой концентрацией примесей? 

12.

 Почему  ширина  перехода  с  увеличением  концентрации 

носителей уменьшается? 

13.

 Как  изменяется  ширина  перехода  в  зависимости  от  по-

лярности приложенного внешнего напряжения? 

14.

 Изменяется ли распределение носителей в переходе при 

прямом и обратном смещении на переходе? 

15.

 Какие типы переходов, кроме резкого перехода, Вы зна-

ете? 

16.

 Принципы образования выпрямляющих контактов. 

17.

 Принципы образования невыпрямляющих контактов. 

18.

 Образуется ли переход в выпрямляющих контактах. 

19.

 Почему при анализе перехода можно пользоваться урав-

нениями диффузии, а не уравнениями непрерывности? 

20.

 Выведите  выражение  для  распределения  дырок  в  базе 

от величины внешнего напряжения.