ВУЗ: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
Категория: Учебное пособие
Дисциплина: Электроника
Добавлен: 23.10.2018
Просмотров: 11047
Скачиваний: 27
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
,
на
-
зывается
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
считать
равным
сумме
времен
среза
и
рассасывания
.
С
ростом
прямого
тока
высота
потенциального
барьера
103
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
О
м
ический
участок
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
(2.31
а
)
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
ус
-
ловие
0
З
Δϕ < ϕ .
С
увеличением
прямого
напряжения
,
а
следова
-
тельно
,
и
прямого
тока
модуль
температурной
чувствительности
уменьшается
.
Для
реальных
диодов
температурная
чувствитель
-
ность
с
увеличением
тока
уменьшается
значительно
быстрее
,
чем
следует
из
формулы
,
и
при
некотором
токе
температурная
чувст
-
вительность
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
знаете
?
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
.
21.
Выведите
формулу
,
описывающую
статическую
вольт
-