ВУЗ: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
Категория: Учебное пособие
Дисциплина: Электроника
Добавлен: 23.10.2018
Просмотров: 15644
Скачиваний: 29
106
амперную
характеристику
диода
.
22.
Объясните
физическую
природу
теплового
(
масштабно
-
го
,
насыщения
)
тока
.
23.
Что
такое
характеристические
сопротивления
диода
и
чему
они
равны
?
24.
Почему
при
реальном
использовании
диодов
,
как
прави
-
ло
задают
прямой
ток
,
а
не
прямое
напряжение
?
25.
Запишите
выражение
,
определяющее
температурную
за
-
висимость
теплового
тока
?
26.
Объясните
,
почему
с
повышением
температуры
тепло
-
вой
ток
увеличивается
,
используя
только
физические
основы
по
-
лупроводников
.
27.
В
чем
причина
тока
термогенерации
и
его
зависимость
от
температуры
?
28.
Причина
возникновения
токов
утечки
в
переходе
.
29.
Зависит
ли
статическая
вольт
-
амперная
характеристика
диода
от
температуры
при
прямом
смещении
на
диоде
?
30.
Нарисуйте
эквивалентную
схему
диода
при
прямом
смещении
.
31.
Объясните
причину
барьерной
емкости
и
её
зависимость
от
величины
приложенного
напряжения
.
32.
Физическая
причина
появления
диффузионной
ёмкости
и
её
зависимость
от
величины
тока
,
протекающего
через
переход
.
33.
Переходные
процессы
в
диоде
при
резких
изменениях
входных
напряжений
.
107
3.
РАЗНОВИДНОСТИ
ДИОДОВ
Теория
и
свойства
плоскостных
полупроводниковых
дио
-
дов
,
изложенные
в
предыдущей
главе
,
лежат
в
основе
всех
других
типов
диодов
,
количество
которых
в
настоящее
время
довольно
велико
.
Специфика
каждого
из
этих
специальных
диодов
требует
особого
анализа
,
но
мы
ограничимся
их
качественной
характери
-
стикой
в
той
мере
,
в
какой
это
полезно
при
разработке
схем
.
3.1
Точечные
диоды
Точечные
диоды
(
рис
. 3.1)
появились
намного
раньше
пло
-
скостных
диодов
.
Однако
процессы
,
происходящие
в
них
,
слож
-
нее
и
до
сих
пор
еще
полностью
не
изучены
.
Эффект
выпрямле
-
ния
на
границе
между
металлической
иглой
и
пластинкой
полу
-
проводника
имеет
место
даже
при
простом
их
соприкосновении
.
Однако
в
настоящее
время
точечный
контакт
получают
,
как
пра
-
вило
,
путем
так
называемой
формовки
.
Процесс
формовки
за
-
ключается
в
пропускании
через
собранный
точечный
диод
срав
-
нительно
мощных
,
но
коротких
импульсов
тока
в
прямом
или
об
-
ратном
направлении
.
Количество
,
величина
и
длительность
фор
-
мующих
импульсов
выбираются
на
основании
опытных
данных
.
Ge
Игла
n-Ge
p-Ge
Игла
а
б
Рис. 3.1 — Конструкция точечного диода (а)
и структура его перехода (б)
Общей
целью
формовки
является
сильный
местный
нагрев
контакта
,
при
котором
происходит
своеобразное
сплавление
кон
-
чика
иглы
с
полупроводником
.
Сплавление
обеспечивает
ста
-
108
бильность
и
механическую
прочность
контакта
,
что
и
было
пер
-
воначальной
целью
формовки
.
Однако
,
как
выяснилось
позднее
,
при
сплавлении
происходит
также
изменение
типа
проводимости
в
тонком
слое
полупроводника
,
прилегающем
к
игле
.
Это
пре
-
вращение
объясняется
диффузией
примесей
из
иглы
в
полупро
-
водник
при
сильном
разогреве
и
частичном
расплавлении
обоих
элементов
в
месте
контакта
.
Например
,
в
случае
когда
исходная
пластинка
германия
имеет
электронную
проводимость
,
а
материалом
иглы
является
бериллиевая
бронза
,
может
происходить
диффузия
бериллия
в
германий
.
Бериллий
,
будучи
акцептором
,
по
отношению
к
герма
-
нию
,
обусловливает
наличие
тонкого
р
-
слоя
в
германии
вблизи
иглы
(
рис
. 3.1).
Как
видим
,
в
данном
случае
получается
р
-n
пере
-
ход
,
правда
,
своеобразной
(
не
плоской
)
конфигурации
и
малой
площади
.
Обычно
при
анализе
форму
перехода
в
точечном
диоде
принято
считать
полусферической
,
что
,
несомненно
,
близко
к
действительности
.
Не
проводя
самого
анализа
,
отметим
лишь
ха
-
рактерные
особенности
точечных
переходов
и
диодов
.
Очевидно
,
что
малая
площадь
перехода
обусловливает
не
только
малую
ем
-
кость
перехода
,
но
и
малую
допустимую
мощность
.
Величина
допустимых
прямых
токов
у
точечных
диодов
значительно
меньше
,
чем
у
плоскостных
,
а
эффективное
сопротивление
базы
больше
из
-
за
малой
площади
эмиттера
.
Сопротивления
базы
у
точечных
диодов
составляют
десятки
и
сотни
Ом
,
а
прямые
токи
обычно
не
больше
10 — 20
мА
.
Существенное
превышение
до
-
пустимого
тока
(
даже
в
течение
короткого
интервала
времени
)
приводит
у
точечных
диодов
к
«
переформовке
»
контакта
и
ухуд
-
шению
или
утрате
выпрямляющих
свойств
.
Для
прямой
ветви
вольт
-
амперной
характеристики
точечного
диода
выражение
(2.23)
недействительно
,
так
как
даже
при
очень
небольших
токах
уровень
инжекции
оказывается
весьма
высоким
из
-
за
малой
пло
-
щади
перехода
.
При
больших
токах
уровень
инжекции
получает
-
ся
настолько
высоким
,
что
экспоненциальная
характеристика
вы
-
рождается
и
приближается
к
параболической
.
Особенно
сильно
различаются
статические
характеристики
точечных
и
плоскост
-
ных
диодов
в
области
обратных
токов
(
рис
. 3.2).
Поскольку
пло
-
щадь
перехода
мала
,
мал
и
тепловой
ток
0
I .
Однако
участок
на
-
109
сыщения
небольшой
и
обычно
плохо
заметен
,
так
как
уже
при
сравнительно
небольших
напряжениях
(
несколько
вольт
)
обрат
-
ный
ток
существенно
возрастает
за
счет
утечек
,
а
также
за
счет
заметного
повышения
температуры
перехода
,
теплоотвод
затруд
-
нен
из
-
за
малой
площади
контакта
,
и
большого
теплового
сопро
-
тивления
.
r,=0
r,<0
U
-20
-40
-60
2
0
U
ПРОБ.
I mA
4
Рис. 3.2 — Статическая характеристика
точечного диода
Важной
особенностью
обратной
характеристики
является
участок
с
отрицательным
дифференциальным
сопротивлением
,
который
обусловлен
тепловым
пробоем
.
Несмотря
на
принципиальную
ценность
указанного
участка
,
его
практическое
использование
нецелесообразно
вследствие
большого
разброса
величины
отрицательного
сопротивления
и
координат
начала
и
конца
участка
,
плохой
стабильности
во
вре
-
мени
и
малого
срока
службы
диода
в
таком
перенапряженном
режиме
.
Переходные
процессы
протекают
в
точечных
диодах
ка
-
чественно
так
же
,
как
и
в
плоскостных
.
Количественные
различия
связаны
с
меньшей
площадью
перехода
и
временем
жизни
.
Время
жизни
у
точечных
диодов
меньше
,
чем
у
плоскостных
,
так
как
роль
поверхностной
рекомбинации
возрастает
с
уменьшением
площади
перехода
.
Точечные
диоды
широко
используются
в
вы
-
сокочастотных
схемах
и
импульсной
технике
.
Обширный
и
свое
-
образный
класс
точечных
полупроводниковых
диодов
составля
-
ют
германиевые
и
кремниевые
детекторные
диоды
,
применяю
-
щиеся
главным
образом
в
технике
СВЧ
,
что
обусловлено
очень
малым
временем
жизни
носителей
,
а
вместе
с
малой
площадью
контакта
обеспечиваются
хорошие
частотные
свойства
,
необхо
-
димые
для
работы
в
области
СВЧ
.
110
-1,5 -1,0 -0,5
0
-5
0,5 1,0 1,5
20
15
10
I мА
U
В
Рис. 3.3 — Статическая характеристика детекторного
диода
Для
таких
диодов
,
помимо
рабочей
частоты
,
важными
пара
-
метрами
являются
такие
,
как
коэффициент
шума
,
коэффициент
преобразования
и
др
.
Эти
параметры
могут
быть
достаточно
хо
-
рошими
,
несмотря
на
«
плохую
» (
с
точки
зрения
«
обычных
»
дио
-
дов
и
электронных
схем
)
вольт
-
амперную
характеристику
.
Кон
-
струкция
детекторных
диодов
обычно
приспособлена
к
сочлене
-
нию
с
элементами
волноводов
,
измерительных
головок
и
других
деталей
систем
СВЧ
(
рис
. 3.4).
Применение
такой
конструкции
позволяет
существенно
уменьшить
паразитные
емкости
диодов
и
тем
самым
увеличить
их
быстродействие
.
1-й электрод
Кристалл
изолятор
2-й электрод
игла
Рис. 3.4 — Конструктивные варианты
детекторных диодов