Главная | Обратная связь
МегаЛекции

Б. Модель реального p-n-перехода в статическом режиме работы





ЛЕКЦИЯ 2

 

Полупроводниковые диоды

 

План лекции:

Математические модели и эквивалентные схемы полупроводниковых диодов

Графический метод расчёта рабочей точки полупроводникового диода в статическом режиме

 

Математические модели и эквивалентные схемы

Полупроводниковых диодов

А. Модель идеализированного p-n-перехода

Одной из простых моделей полупроводникового диода является математическая модель идеализированного p-n-перехода, пригодная для расчёта принципиальных электрических схем в диапазоне низких и средних частот, когда режим работы диода можно считать квазистатическим.

Для идеализированного p-n-перехода приняты следующие допущения (рис. 2.1):

1) в обеднённом слое отсутствуют генерация, рекомбинация и рассеяние носителей зарядов, т.е. предполагается, что ток носителей заряда одного знака одинаков на обеих границах перехода,

2) электрическое поле вне обеднённого слоя отсутствует, т.е. полупроводник вне перехода остаётся электрически нейтральным и в нём носители заряда могут совершать только диффузионное движение,

3) электрическое сопротивление нейтральных p- и n-областей считают пренебрежимо малым по сравнению с сопротивлением обеднённого слоя, т.е. всё внешнее напряжение практически полностью приложено к обеднённому слою ,

 

Рис. 2.1. Структура p-n-перехода ( − ширина обеднённого слоя)

 

4) границы обеднённого слоя считают плоскопараллельными, а носители зарядов перемещаются по направлению, перпендикулярному этим плоскостям. Концентрации носителей зависят только от одной координаты [2].

В этом случае вольтамперная характеристика идеализированного p-n-перехода описывается формулой Шотки:

где − тепловой обратный ток. Ток назван тепловым, потому что его значение сильно зависит от температуры,

− напряжение между выводами идеализированного диода,

− термический потенциал [В],

− температурный потенциал,



− постоянная Больцмана,

температура p-n-перехода, обычно принимаемая равной температуре окружающей среды ,

− заряд электрона.

Вольтамперная характеристика (ВАХ) идеализированного p-n-пере­хода приведена на рис. 2.2. Ветвь ВАХ при называют прямой, а при − обратной ветвью.

 

Рис. 2.2. Вольтамперная характеристика полупроводникового диода с идеализированным p-n-переходом

 

Первое слагаемое в формуле (2.1) является диффузионной составляющей тока диода, второе − дрейфовой. При прямом напряжении и дрейфовой составляющей можно пренебречь:

Статическое сопротивление полупроводникового диода (сопротивление постоянному току) можно найти по закону Ома из формулы (2.1):

При статическое сопротивление следует рассчитывать по формуле . Зависимость от напряжения между выводами диода приведена на рис. 2.3.

 

Рис. 2.3. Типовая зависимость статического сопротивления от напряжения на диоде

 

Таким образом, идеальный p-n-переход может быть заменён нелинейным сопротивлением . Однако в качестве эквивалентной схемы идеального p-n-перехода принято использовать условное графическое изображение полупроводникового диода VD (рис. 2.4).

 

Рис. 2.4. Эквивалентная схема идеального полупроводникового диода

 

Это позволяет указывать движение тока в прямом и обратном направлениях и правильно пользоваться уравнением (2.1).

 

 

Б. Модель реального p-n-перехода в статическом режиме работы

В реальном p-n-переходе в обеднённом слое имеют место как генерация, так и рекомбинация носителей зарядов, т.е. допущение 1 не выполняется. В этом случае начальный участок ВАХ диода описывают формулой, в которую вводят коэффициент , учитывающий неидеальность обеднённого слоя:

Кроме того, электрические сопротивления и нейтральных p- и n-областей достаточно велики (составляют десятки и сотни Ом) и ими пренебрегать нельзя, как это сделано в третьем допущении. Поэтому эквивалентная схема замещения полупроводникового диода с учётом электрических сопротивлений (рис. 2.5 а) может быть заменена более простой (рис. 2.5 б).

Суммарное сопротивление , учитывающее свойства нейтральных p- и n-областей, называют базовым.

 

Рис. 2.5. Эквивалентная схема полупроводникового диода с реальным p-n-переходом

 

На базовом сопротивлении при протекании тока имеет место падение напряжения. Поэтому формула (2.4) должна быть преобразована к виду

Вольтамперная характеристика полупроводникового диода с реальным p-n-переходом приведена на рис. 2.6.

 

Рис. 2.6. Вольтамперная характеристика полупроводникового диода (1 − с идеализированным p-n-переходом, 2 – с учётом неидеальности обеднённого слоя, 3 – с реальным p-n-переходом)

 

С ростом прямого тока падение напряжения на базовой области диода может стать сравнимым с напряжением на p-n-переходе, т.е. . При этом на ВАХ диода появится почти линейный участок. При дальнейшем увеличении прямого тока начинает уменьшаться из-за увеличения концентрации инжектированных в базу носителей заряда. ВАХ снова начнёт отклоняться от прямой линии. Это явление называют эффектом модуляции сопротивления базы.

Так как нелинейным свойствами обладает обеднённый слой, то собственно он и является идеализированным диодом и поэтому надо считать, что

 





Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015- 2021 megalektsii.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.